JP7227709B2 - Solid-state imaging device and imaging device - Google Patents

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Description

本技術は、固体撮像素子、および、撮像装置に関する。詳しくは、垂直信号線が配線された固体撮像素子、および、撮像装置に関する。 The present technology relates to a solid-state imaging device and an imaging device. Specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device having vertical signal lines wired therein, and an imaging apparatus.

従来より、撮像装置などにおいて画像データを撮像するために固体撮像素子が用いられている。一般に固体撮像素子には、二次元格子状に複数の画素回路が配列され、また、列ごとに垂直信号線が配線されている。そして、画素回路は、それらの垂直信号線を介して信号を出力する。ここで、垂直信号線に寄生容量が生じていると、その寄生容量に起因して、垂直信号線の電位が一定になるまでの整定時間が長くなってしまう。そこで、寄生容量の影響を軽減するために、垂直信号線の電位低下の度合いに比例した電流を供給するカレントミラー回路を垂直信号線に接続した固体撮像素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, solid-state imaging devices have been used to capture image data in imaging devices and the like. Generally, in a solid-state imaging device, a plurality of pixel circuits are arranged in a two-dimensional grid pattern, and vertical signal lines are wired for each column. The pixel circuits then output signals via those vertical signal lines. Here, if a parasitic capacitance occurs in the vertical signal line, the settling time required for the potential of the vertical signal line to become constant is lengthened due to the parasitic capacitance. Therefore, in order to reduce the influence of the parasitic capacitance, a solid-state imaging device has been proposed in which a current mirror circuit that supplies a current proportional to the degree of potential drop of the vertical signal line is connected to the vertical signal line (see, for example, Patent Document 1).

特開2011-234243号公報JP 2011-234243 A

上述の従来技術では、垂直信号線の電位低下の度合いに比例した電流の供給により、その電位が一定になるまでの整定時間を短くして読み出し速度を向上させることができる。しかしながら、カレントミラー回路の接続により、ノイズが増大して信号品質が低下するおそれがある。寄生容量を含む垂直信号線の配線容量を低減すれば、カレントミラー回路を不要にして信号品質の低下を抑制することができるが、配線容量を低減するには、垂直信号線の材質や製造プロセスの改良が必要となってしまう。 In the conventional technology described above, by supplying a current proportional to the degree of decrease in the potential of the vertical signal line, it is possible to shorten the settling time until the potential becomes constant, thereby improving the readout speed. However, the connection of the current mirror circuit may increase noise and degrade signal quality. If the wiring capacitance of the vertical signal line, including the parasitic capacitance, is reduced, it is possible to eliminate the need for a current mirror circuit and suppress deterioration in signal quality. need to be improved.

本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、垂直信号線を介して信号が出力される固体撮像素子において、垂直信号線の配線容量の低減を容易にすることを目的とする。 The present technology was created in view of such circumstances, and aims to facilitate reduction of the wiring capacitance of vertical signal lines in a solid-state imaging device that outputs signals via vertical signal lines. .

本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、アナログ信号を処理する論理回路と、光電変換により上記アナログ信号を生成して所定の信号線を介して上記論理回路に出力する画素回路と、上記所定の信号線に接続された負性容量回路とを具備する固体撮像素子である。これにより、所定の信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 The present technology has been made to solve the above-described problems, and a first aspect of the present technology includes a logic circuit that processes an analog signal, and a logic circuit that generates the analog signal by photoelectric conversion and transmits it to a predetermined signal line. and a negative capacitance circuit connected to the predetermined signal line. This brings about the effect of reducing the wiring capacitance of the predetermined signal line.

また、この第1の側面において、上記負性容量回路は、上記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、上記アンプの上記入力端子および出力端子に両端が接続されたキャパシタとを備えてもよい。これにより、「1」より大きなゲインに応じて信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 In the first aspect, the negative capacitance circuit includes an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line, and a capacitor having both ends connected to the input terminal and the output terminal of the amplifier. may This brings about the effect of reducing the wiring capacitance of the signal line according to the gain greater than "1".

また、この第1の側面において、上記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、上記負性容量回路は、上記電流源と上記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、電源と基準端子との間においてカスコード接続された一対のトランジスタからなるアンプと、上記一対のトランジスタの接続点に一端が接続され、上記電流源と上記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続されたキャパシタとを備え、上記一対のトランジスタのうち上記電源に接続されたトランジスタのゲートは、上記所定の信号線に接続されてもよい。これにより、「1」以下のゲインにより信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 The first aspect further comprises a current source connected to the predetermined signal line, wherein the negative capacitance circuit is an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line. an amplifier comprising a pair of cascode-connected transistors between a power source and a reference terminal; one end connected to a connection point between the pair of transistors; and the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor The gate of the transistor of the pair of transistors connected to the power supply may be connected to the predetermined signal line. As a result, the wiring capacitance of the signal line is reduced by the gain of "1" or less.

また、この第1の側面において、上記挿入トランジスタのゲートには第1のバイアス電圧が印加され、上記電流源は、上記第1のバイアス電圧と異なる第2のバイアス電圧が印加された第2のトランジスタを備えてもよい。これにより、異なるバイアス電圧が第1および第2のトランジスタに印加された負性容量回路により配線容量が低減するという作用をもたらす。 Further, in this first aspect, a first bias voltage is applied to the gate of the insertion transistor, and the current source is a second bias voltage to which a second bias voltage different from the first bias voltage is applied. A transistor may be provided. This brings about an effect that the wiring capacitance is reduced by the negative capacitance circuit in which different bias voltages are applied to the first and second transistors.

また、この第1の側面において、上記挿入トランジスタのゲートには第1のバイアス電圧が印加され、上記電流源は、第2のトランジスタを備え、上記挿入トランジスタのゲートは上記第2のトランジスタのゲートに接続されてもよい。これにより、同一のバイアス電圧が第1および第2のトランジスタに印加された負性容量回路により配線容量が低減するという作用をもたらす。 Also in this first aspect, a first bias voltage is applied to the gate of the insertion transistor, the current source comprises a second transistor, the gate of the insertion transistor being the gate of the second transistor. may be connected to As a result, the wiring capacitance is reduced by the negative capacitance circuit in which the same bias voltage is applied to the first and second transistors.

また、この第1の側面において、上記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、上記負性容量回路は、上記電流源と上記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、上記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、上記アンプの上記入力端子に一端が接続され、上記電流源と上記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続されたキャパシタとを備えてもよい。これにより、負性容量値を増大した負性容量回路により、信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 The first aspect further comprises a current source connected to the predetermined signal line, wherein the negative capacitance circuit is an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line. an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line; and a capacitor having one end connected to the input terminal of the amplifier and the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor. You may prepare. As a result, the wiring capacitance of the signal line is reduced by the negative capacitance circuit with the increased negative capacitance value.

また、この第1の側面において、上記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、上記論理回路は、上記アナログ信号と所定の参照信号とを比較して比較結果を出力する比較器と、上記比較結果に基づいて制御信号を生成して上記負性容量回路へ出力する制御回路とを備えてもよい。これにより、アナログ信号から制御信号が生成されるという作用をもたらす。 The first aspect further comprises a current source connected to the predetermined signal line, and the logic circuit is a comparator that compares the analog signal and a predetermined reference signal and outputs a comparison result. and a control circuit that generates a control signal based on the comparison result and outputs the control signal to the negative capacitance circuit. This brings about the effect that the control signal is generated from the analog signal.

また、この第1の側面において、上記負性容量回路は、上記電流源と上記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、キャパシタと、上記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、上記キャパシタの一端と上記アンプの出力端子との間の経路を開閉する第1のスイッチと、上記制御信号に従って上記挿入トランジスタと上記電流源との接続点または所定の基準端子に上記キャパシタの他端を接続する第2のスイッチとを備えることもできる。これにより、逐次比較型の回路とキャパシタを共有する負性容量回路により信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 In the first aspect, the negative capacitance circuit includes an insertion transistor and a capacitor inserted between the current source and the predetermined signal line, and an input terminal connected to the predetermined signal line. a first switch for opening and closing a path between one end of the capacitor and the output terminal of the amplifier; and a second switch connecting the other end of the capacitor. As a result, the wiring capacitance of the signal line is reduced by the negative capacitance circuit sharing the capacitor with the successive approximation circuit.

また、この第1の側面において、上記比較器は、上記アナログ信号と上記所定の参照信号との間の電圧を分圧して入力電圧として出力する分割回路と、上記入力電圧と所定電圧との差分を増幅する差動増幅回路とを備えてもよい。これにより、比較器の動作電圧が低下するという作用をもたらす。 Further, in the first aspect, the comparator includes a dividing circuit that divides the voltage between the analog signal and the predetermined reference signal and outputs the voltage as an input voltage, and a difference between the input voltage and the predetermined voltage. and a differential amplifier circuit that amplifies the . This has the effect of lowering the operating voltage of the comparator.

また、この第1の側面において、上記負性容量回路は、上記電流源と上記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、キャパシタと、上記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、上記挿入トランジスタおよび上記電流源の接続点と、上記キャパシタの一端との間の経路を開閉する第1のスイッチと、上記制御信号に従って上記アンプの出力端子または所定の基準端子に上記キャパシタの他端を接続する第2のスイッチとを備えることもできる。これにより、逐次比較型の回路とキャパシタを共有する負性容量回路により信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 In the first aspect, the negative capacitance circuit includes an insertion transistor and a capacitor inserted between the current source and the predetermined signal line, and an input terminal connected to the predetermined signal line. a first switch for opening and closing a path between an amplifier, a connection point of the insertion transistor and the current source, and one end of the capacitor; and a second switch connecting the other end of the capacitor. As a result, the wiring capacitance of the signal line is reduced by the negative capacitance circuit sharing the capacitor with the successive approximation circuit.

また、この第1の側面において、上記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、上記負性容量回路は、上記電流源と上記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、上記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、スイッチトキャパシタ回路とを備え、上記スイッチトキャパシタ回路は、キャパシタと、上記アンプの出力端子と上記キャパシタの一端との間の経路を開閉する第1の入力側スイッチと、上記挿入トランジスタおよび上記電流源の接続点と、上記キャパシタの他端との間の経路を開閉する第2の入力側スイッチと、上記一端と上記論理回路との間の経路を開閉する第1の出力側スイッチと、上記他端と所定の基準端子との間の経路を開閉する第2の出力側スイッチとを備えることもできる。これにより、サンプルホールド回路とキャパシタを共有する負性容量回路により信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 The first aspect further comprises a current source connected to the predetermined signal line, wherein the negative capacitance circuit is an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line. and an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line, and a switched capacitor circuit, wherein the switched capacitor circuit opens and closes a path between the capacitor, the output terminal of the amplifier, and one end of the capacitor. a second input switch for opening and closing a path between the connection point of the insertion transistor and the current source and the other end of the capacitor; and the one end and the logic circuit. It is also possible to provide a first output side switch for opening and closing a path between the terminals and a second output side switch for opening and closing a path between the other end and a predetermined reference terminal. As a result, the wiring capacitance of the signal line is reduced by the negative capacitance circuit sharing the capacitor with the sample-and-hold circuit.

また、この第1の側面において、上記画素回路は、第1の半導体チップに配置され、上記負性容量回路および上記論理回路は、上記第1の半導体チップに積層された第2の半導体チップに配置されてもよい。これにより、積層型の固体撮像素子において、信号線の配線容量が低減するという作用をもたらす。 Further, in this first aspect, the pixel circuit is arranged on a first semiconductor chip, and the negative capacitance circuit and the logic circuit are arranged on a second semiconductor chip stacked on the first semiconductor chip. may be placed. This brings about the effect of reducing the wiring capacitance of the signal line in the stacked solid-state imaging device.

また、この第1の側面において、上記所定の信号線に接続された第1電流源をさらに具備し、上記負性容量回路は、上記第1電流源と上記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、第2電流源と、上記第2電流源と電源との間に挿入され、ゲートが上記所定の信号線に接続されたN型トランジスタと、上記電源と上記第2電流源との間において上記N型トランジスタと並列に接続されたクランプトランジスタと、上記挿入トランジスタおよび上記第1電流源の接続点と上記N型トランジスタおよび上記第2電流源の接続点とに両端が接続されたキャパシタとを備えてもよい。これにより、第2電流源のドレイン電圧がクランプされるという作用をもたらす。 The first aspect further comprises a first current source connected to the predetermined signal line, wherein the negative capacitance circuit is inserted between the first current source and the predetermined signal line. a second current source; an N-type transistor inserted between the second current source and a power supply and having a gate connected to the predetermined signal line; the power supply and the second current source; a clamp transistor connected in parallel with the N-type transistor between and a connection point between the insertion transistor and the first current source and a connection point between the N-type transistor and the second current source at both ends thereof; and a capacitor. This has the effect of clamping the drain voltage of the second current source.

また、この第1の側面において、上記クランプトランジスタのゲート電圧を変更するゲート電圧供給部をさらに具備してもよい。これにより、ストリーキング量が調整されるという作用をもたらす。 Moreover, this first aspect may further include a gate voltage supply section for changing the gate voltage of the clamp transistor. This brings about the effect of adjusting the streaking amount.

また、本技術の第2の側面は、アナログ信号を処理してデジタル信号を出力する論理回路と、光電変換により上記アナログ信号を生成して所定の信号線を介して上記論理回路に出力する画素回路と、上記所定の信号線に接続された負性容量回路と、上記デジタル信号を記録する記録部とを具備する撮像装置である。これにより、配線容量が低減した信号線から出力されたアナログ信号が記録されるという作用をもたらす。 A second aspect of the present technology includes a logic circuit that processes an analog signal and outputs a digital signal, and a pixel that generates the analog signal by photoelectric conversion and outputs the analog signal to the logic circuit through a predetermined signal line. The imaging apparatus includes a circuit, a negative capacitance circuit connected to the predetermined signal line, and a recording section for recording the digital signal. This brings about the effect of recording the analog signal output from the signal line with the reduced wiring capacity.

本技術によれば、垂直信号線を介して信号が出力される固体撮像素子において、垂直信号線の配線容量の低減を容易にすることができるという優れた効果を奏し得る。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 According to the present technology, in a solid-state imaging device that outputs a signal via a vertical signal line, it is possible to easily reduce the wiring capacitance of the vertical signal line. Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present disclosure.

本技術の第1の実施の形態における撮像装置の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of 1 composition of an imaging device in a 1st embodiment of this art. 本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of 1 composition of a solid-state image sensing device in a 1st embodiment of this art. 本技術の第1の実施の形態における画素回路の一構成例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration example of a pixel circuit according to a first embodiment of the present technology; FIG. 本技術の第1の実施の形態におけるカラム信号処理部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a column signal processing part in a 1st embodiment of this art. 本技術の第1の実施の形態におけるADC(Analog to Digital Converter)の一構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an ADC (Analog to Digital Converter) according to a first embodiment of the present technology; FIG. 本技術の第1の実施の形態における負性容量回路の一構成例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration example of a negative capacitance circuit according to a first embodiment of the present technology; FIG. 本技術の第2の実施の形態における負性容量回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a configuration example of a negative capacitance circuit according to a second embodiment of the present technology. 本技術の第2の実施の形態における線形モデルの一例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of a linear model in a 2nd embodiment of this art. 本技術の第2の実施の形態における負性容量回路のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the impedance characteristic of the negative capacity circuit in a 2nd embodiment of this art. 本技術の第3の実施の形態における負性容量回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the negative capacitance circuit in 3rd Embodiment of this technique. 本技術の第3の実施の形態における線形モデルの一例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of a linear model in a 3rd embodiment of this art. 本技術の第3の実施の形態における負性容量回路のゲイン特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the gain characteristic of the negative capacity circuit in a 3rd embodiment of this art. 本技術の第3の実施の形態における負性容量回路のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the impedance characteristic of the negative capacity circuit in a 3rd embodiment of this art. 本技術の第4の実施の形態における負性容量回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a configuration example of a negative capacitance circuit according to a fourth embodiment of the present technology. 本技術の第5の実施の形態におけるカラム信号処理部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a column signal processing part in a 5th embodiment of this art. 本技術の第5の実施の形態におけるADCの一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of ADC in 5th Embodiment of this technique. 本技術の第5の実施の形態におけるAD変換期間以外のカラム信号処理部の状態の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a state of a column signal processing part other than an AD conversion period in a 5th embodiment of this art. 本技術の第5の実施の形態におけるAD変換期間内のカラム信号処理部の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of the column signal processing part in the AD conversion period in 5th Embodiment of this technique. 本技術の第5の実施の形態の変形例におけるカラム信号処理部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the column signal processing part in the modification of 5th Embodiment of this technique. 本技術の第5の実施の形態の変形例におけるADCの一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of ADC in the modification of 5th Embodiment of this technique. 本技術の第6の実施の形態におけるカラム信号処理部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the column signal processing part in 6th Embodiment of this technique. 本技術の第6の実施の形態におけるサンプルホールド回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of composition of a sample hold circuit in a 6th embodiment of this art. 本技術の第6の実施の形態における奇数回目のサンプリング期間内のカラム信号処理部の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of the column signal processing part in the odd-numbered sampling period in 6th Embodiment of this technique. 本技術の第6の実施の形態における偶数回目のサンプリング期間内のカラム信号処理部の状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state of the column signal processing part in the even-numbered sampling period in 6th Embodiment of this technique. 本技術の第7の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the solid-state image sensor in 7th Embodiment of this technique. 本技術の第7の実施の形態におけるロジックチップの一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the logic chip in 7th Embodiment of this technique. 本技術の第8の実施の形態における負性容量回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the negative capacitance circuit in 8th Embodiment of this technique. 本技術の第8の実施の形態における垂直信号線およびドレイン電圧の電圧変動の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of voltage fluctuation of a vertical signal line and drain voltage in an 8th embodiment of this art. 本技術の第8の実施の形態におけるグランド電流およびストリーキング量の変動の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a change of ground current and streaking amount in an 8th embodiment of this art. 本技術の第9の実施の形態におけるカラム信号処理部の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of composition of a column signal processing part in a 9th embodiment of this art. 本技術の第9の実施の形態におけるゲート電圧供給部の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the gate voltage supply part in 9th Embodiment of this technique. 本技術の第9の実施の形態におけるグランド電流およびストリーキング量の変動の一例を示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing an example of variations in ground current and streaking amount in the ninth embodiment of the present technology; FIG. 本技術の第10の実施の形態における比較器の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the comparator in 10th Embodiment of this technique. 車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system; FIG. 撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an installation position of an imaging unit;

以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
1.第1の実施の形態(垂直信号線に負性容量回路を接続した例)
2.第2の実施の形態(ゲインの小さいアンプを設けた負性容量回路を垂直信号線に接続した例)
3.第3の実施の形態(2分割したトランジスタの一方を配置した負性容量回路を垂直信号線に接続した例)
4.第4の実施の形態(2分割したトランジスタの一方とゲインの大きなアンプとを配置した負性容量回路を垂直信号線に接続した例)
5.第5の実施の形態(ADCとキャパシタを共有する負性容量回路を垂直信号線に接続した例)
6.第6の実施の形態(サンプルホールド回路とキャパシタを共有する負性容量回路を垂直信号線に接続した例)
7.第7の実施の形態(積層型の固体撮像素子において負性容量回路を垂直信号線に接続した例)
8.第8の実施の形態(垂直信号線に、クランプトランジスタを追加した負性容量回路を接続した例)
9.第9の実施の形態(垂直信号線に、クランプトランジスタを追加した負性容量回路を接続し、クランプトランジスタのゲート電圧を制御する例)
10.第10の実施の形態(垂直信号線に負性容量回路を接続し、低電圧の比較器を用いる例)
11.移動体への応用例
Hereinafter, a form for carrying out the present technology (hereinafter referred to as an embodiment) will be described. Explanation will be given in the following order.
1. First Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit to a Vertical Signal Line)
2. Second Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit Provided with an Amplifier with a Small Gain to Vertical Signal Lines)
3. Third Embodiment (Example in which a negative capacitance circuit in which one of two divided transistors is arranged is connected to a vertical signal line)
4. Fourth Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit in Which One of the Transistors Divided into Two and an Amplifier with a Large Gain Are Connected to Vertical Signal Lines)
5. Fifth Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit Sharing a Capacitor with an ADC to Vertical Signal Lines)
6. Sixth Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit Sharing a Capacitor with a Sample-and-Hold Circuit to Vertical Signal Lines)
7. Seventh Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit to a Vertical Signal Line in a Stacked Solid-State Imaging Device)
8. Eighth Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit Adding a Clamp Transistor to a Vertical Signal Line)
9. Ninth Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit Adding a Clamp Transistor to a Vertical Signal Line and Controlling the Gate Voltage of the Clamp Transistor)
10. Tenth Embodiment (Example of Connecting a Negative Capacitance Circuit to a Vertical Signal Line and Using a Low-Voltage Comparator)
11. Example of application to mobile objects

<1.第1の実施の形態>
[撮像装置の構成例]
図1は、本技術の第1の実施の形態における撮像装置100の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置100は、画像データを撮像する装置であり、撮像レンズ110、固体撮像素子200、記録部120および撮像制御部130を備える。撮像装置100としては、例えば、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、撮像機能を持つスマートフォンやパーソナルコンピュータ、車載カメラ等が想定される。
<1. First Embodiment>
[Configuration example of imaging device]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device 100 according to the first embodiment of the present technology. This imaging device 100 is a device for capturing image data, and includes an imaging lens 110 , a solid-state imaging device 200 , a recording section 120 and an imaging control section 130 . As the imaging device 100, for example, in addition to a digital camera such as a digital still camera, a smart phone, a personal computer, an in-vehicle camera, and the like having an imaging function are assumed.

撮像レンズ110は、入射光を集光して固体撮像素子200に導くものである。固体撮像素子200は、撮像制御部130の制御に従って画像データを撮像するものである。この固体撮像素子200は、撮像した画像データを記録部120に信号線209を介して供給する。 The imaging lens 110 collects incident light and guides it to the solid-state imaging device 200 . The solid-state imaging device 200 captures image data under the control of the imaging control section 130 . The solid-state imaging device 200 supplies captured image data to the recording unit 120 via the signal line 209 .

撮像制御部130は、固体撮像素子200を制御するものである。例えば、撮像制御部130は、撮像のタイミングを示す一定の周波数(30ヘルツなど)の垂直同期信号を生成し、固体撮像素子200に信号線139を介して供給する。記録部120は、画像データを記録するものである。 The imaging control section 130 controls the solid-state imaging device 200 . For example, the imaging control unit 130 generates a vertical synchronization signal of a constant frequency (eg, 30 Hz) indicating imaging timing, and supplies it to the solid-state imaging device 200 via the signal line 139 . The recording unit 120 records image data.

[固体撮像素子の構成例]
図2は、本技術の第1の実施の形態における固体撮像素子200の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子200は、垂直ドライバ210、画素アレイ部220、タイミング制御部240およびDAC(Digital to Analog Converter)250を備える。また、固体撮像素子200は、カラム信号処理部300、水平転送走査回路260および画像信号処理部270を備える。これらの回路は、単一の半導体チップに搭載されるものとする。
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the solid-state imaging device 200 according to the first embodiment of the present technology. This solid-state imaging device 200 includes a vertical driver 210 , a pixel array section 220 , a timing control section 240 and a DAC (Digital to Analog Converter) 250 . The solid-state imaging device 200 also includes a column signal processing section 300 , a horizontal transfer scanning circuit 260 and an image signal processing section 270 . These circuits are assumed to be mounted on a single semiconductor chip.

画素アレイ部220には、二次元格子状に複数の画素回路230が配列される。以下、画素アレイ部220において所定の方向(水平方向など)に配列された画素回路230の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素回路230の集合を「列」と称する。また、画素アレイ部220の行数は、M(Mは整数)であり、列数はN(Nは整数)である。さらに、画素アレイ部220には、列ごとに、列方向に沿って229-n(nは1乃至Nの整数)が配線されている。 A plurality of pixel circuits 230 are arranged in a two-dimensional lattice in the pixel array section 220 . Hereinafter, a set of pixel circuits 230 arranged in a predetermined direction (horizontal direction, etc.) in the pixel array section 220 will be referred to as a "row", and a set of pixel circuits 230 arranged in a direction perpendicular to the row will be referred to as a "column". called. The pixel array section 220 has M rows (M is an integer) and N columns (N is an integer). Further, in the pixel array section 220, 229-n (n is an integer from 1 to N) are wired along the column direction for each column.

垂直ドライバ210は、行を順に選択して駆動するものである。このように、行を順に駆動させる制御方式は、ローリングシャッター方式と呼ばれる。なお、垂直ドライバ210は、ローリングシャッター方式の代わりに、全行を同時に駆動するグローバルシャッター方式を用いることもできる。 The vertical driver 210 sequentially selects and drives rows. A control method for sequentially driving rows in this way is called a rolling shutter method. Note that the vertical driver 210 may use a global shutter method that drives all rows simultaneously instead of the rolling shutter method.

タイミング制御部240は、垂直同期信号VSYNCに同期して、垂直ドライバ210、DAC250、カラム信号処理部300および水平転送走査回路260の動作タイミングを制御するものである。 The timing control section 240 controls the operation timings of the vertical driver 210, DAC 250, column signal processing section 300 and horizontal transfer scanning circuit 260 in synchronization with the vertical synchronization signal VSYNC.

DAC250は、DA(Digital to Analog)変換により所定の参照信号を生成してカラム信号処理部300に供給するものである。参照信号として、例えば、のこぎり波状のランプ信号が用いられる。 The DAC 250 generates a predetermined reference signal through DA (Digital to Analog) conversion and supplies it to the column signal processing section 300 . A sawtooth ramp signal, for example, is used as the reference signal.

画素回路230は、光電変換により、アナログの画素信号を生成するものである。n列の画素回路230は、垂直信号線229-nを介してカラム信号処理部300に画素信号を出力する。 The pixel circuit 230 generates an analog pixel signal by photoelectric conversion. The n-column pixel circuits 230 output pixel signals to the column signal processing unit 300 via vertical signal lines 229-n.

カラム信号処理部300は、列ごとに、画素信号に対してAD(Analog to Digital)変換処理などの信号処理を実行するものである。このカラム信号処理部300は、信号処理後のデータを画素データとして水平転送走査回路260の制御に従って順に画像信号処理部270に供給する。M×N個の画素データにより1枚の画像データが生成される。 The column signal processing unit 300 performs signal processing such as AD (Analog to Digital) conversion processing on pixel signals for each column. The column signal processing section 300 sequentially supplies the data after signal processing to the image signal processing section 270 as pixel data under the control of the horizontal transfer scanning circuit 260 . One sheet of image data is generated from M×N pieces of pixel data.

水平転送走査回路260は、カラム信号処理部300を制御して画素データを順に出力させるものである。 The horizontal transfer scanning circuit 260 controls the column signal processing section 300 to sequentially output pixel data.

画像信号処理部270は、画像データに対して、ホワイトバランス処理や画素加算処理などの所定の画像処理を実行するものである。この画像信号処理部270は、処理後の画像データを記録部120に出力する。 The image signal processing unit 270 executes predetermined image processing such as white balance processing and pixel addition processing on image data. The image signal processing section 270 outputs the processed image data to the recording section 120 .

なお、画像信号処理部270を固体撮像素子200の内部に配置しているが、画像信号処理部270の一部または全てを固体撮像素子200の外部に配置してもよい。 Although the image signal processing unit 270 is arranged inside the solid-state imaging device 200 , part or all of the image signal processing unit 270 may be arranged outside the solid-state imaging device 200 .

[画素回路の構成例]
図3は、本技術の第1の実施の形態における画素回路230の一構成例を示す回路図である。この画素回路230は、フォトダイオード231、転送トランジスタ232、リセットトランジスタ233、浮遊拡散層234、増幅トランジスタ235および選択トランジスタ236を備える。
[Configuration example of pixel circuit]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the pixel circuit 230 according to the first embodiment of the present technology. This pixel circuit 230 includes a photodiode 231 , a transfer transistor 232 , a reset transistor 233 , a floating diffusion layer 234 , an amplification transistor 235 and a selection transistor 236 .

フォトダイオード231は、入射光を光電変換して電荷を生成するものである。転送トランジスタ232は、垂直ドライバ210からの転送信号TXに従って、フォトダイオード231から浮遊拡散層234へ電荷を転送するものである。 The photodiode 231 photoelectrically converts incident light to generate charges. The transfer transistor 232 transfers charges from the photodiode 231 to the floating diffusion layer 234 according to the transfer signal TX from the vertical driver 210 .

リセットトランジスタ233は、垂直ドライバ210からのリセット信号RSTに従って、浮遊拡散層234から電荷を引き抜いて、電荷量を初期化するものである。 The reset transistor 233 extracts charges from the floating diffusion layer 234 according to the reset signal RST from the vertical driver 210 to initialize the amount of charge.

浮遊拡散層234は、フォトダイオード231から転送された電荷を蓄積して、蓄積した電荷量に応じた電圧を生成するものである。 The floating diffusion layer 234 accumulates charges transferred from the photodiode 231 and generates a voltage corresponding to the accumulated charge amount.

増幅トランジスタ235は、浮遊拡散層234の電圧の信号を増幅するものである。選択トランジスタ236は、垂直ドライバ210からの選択信号SELに従って増幅トランジスタ235により増幅された信号を画素信号として垂直信号線229-nを介してカラム信号処理部300に出力するものである。 The amplification transistor 235 amplifies the voltage signal of the floating diffusion layer 234 . The selection transistor 236 outputs the signal amplified by the amplification transistor 235 according to the selection signal SEL from the vertical driver 210 as a pixel signal to the column signal processing section 300 via the vertical signal line 229-n.

なお、画素回路230の構成は、光電変換により画素信号を生成することができるものであれば、図3に例示したものに限定されない。例えば、複数の画素が浮遊拡散層234を共有する共有型の構造とすることもできる。 Note that the configuration of the pixel circuit 230 is not limited to that illustrated in FIG. 3 as long as it can generate a pixel signal by photoelectric conversion. For example, a shared structure in which a plurality of pixels share the floating diffusion layer 234 may be employed.

[カラム信号処理部の構成例]
図4は、本技術の第1の実施の形態におけるカラム信号処理部300の一構成例を示すブロック図である。このカラム信号処理部300は、列ごとに、負性容量回路310、電流源320、ADC331、スイッチ334およびメモリ335を備える。列数がN個であるため、負性容量回路310、電流源320、ADC331、スイッチ334およびメモリ335は、それぞれN個ずつ配置される。
[Configuration example of column signal processing unit]
FIG. 4 is a block diagram showing one configuration example of the column signal processing unit 300 according to the first embodiment of the present technology. This column signal processing section 300 includes a negative capacitance circuit 310, a current source 320, an ADC 331, a switch 334 and a memory 335 for each column. Since the number of columns is N, each of N negative capacitance circuits 310, current sources 320, ADCs 331, switches 334 and memories 335 is arranged.

電流源320は、一定の電流を供給するものである。この電流源320は、対応する列の垂直信号線229-nと基準電位(接地電位など)の端子との間に挿入される。 Current source 320 provides a constant current. This current source 320 is inserted between the vertical signal line 229-n of the corresponding column and the terminal of the reference potential (ground potential, etc.).

負性容量回路310は、負の容量のキャパシタとして機能する回路である。一般に、垂直信号線に寄生容量が生じて配線容量が増大すると、その配線容量の増大に起因して、垂直信号線の電位が一定になるまでの整定時間が長くなってしまう。これにより、読出し速度が低下するおそれがある。しかし、垂直信号線229-1には負性容量回路310が接続されているため、配線容量を低減して、読出し速度の低下を抑制することができる。 The negative capacitance circuit 310 is a circuit that functions as a negative capacitance capacitor. In general, when a parasitic capacitance occurs in a vertical signal line and the wiring capacitance increases, the settling time until the potential of the vertical signal line becomes constant is lengthened due to the increase in the wiring capacitance. This may reduce the read speed. However, since the negative capacitance circuit 310 is connected to the vertical signal line 229-1, it is possible to reduce the wiring capacitance and suppress the decrease in read speed.

垂直信号線の材質を誘電率の低いものに変更することや、プロセスルールの微細化によっても配線容量を低減することができるが、プロセス開発に多大な時間や費用がかかり、困難を伴う。これに対して、負性容量回路310を接続する方法では、垂直信号線の材質の変更などが不要であるため、配線容量を容易に低減することができる。 Wiring capacitance can be reduced by changing the material of the vertical signal line to one with a lower dielectric constant or by miniaturizing the process rule, but process development requires a great deal of time and money, and is accompanied by difficulties. On the other hand, the method of connecting the negative capacitance circuit 310 does not require changing the material of the vertical signal line, so that the wiring capacitance can be easily reduced.

ADC331は、対応する列の垂直信号線229-nを介して出力された、アナログ信号(画素信号)Ainに対してAD変換を行うものである。このADC331は、DAC250からの参照信号REFとアナログ信号Ainとを比較し、その比較結果に基づいてデジタル信号Doutを生成する。ADC331は、そのデジタル信号Doutをスイッチ334へ出力する。なお、ADC331は、特許請求の範囲に記載の論理回路の一例である。 The ADC 331 performs AD conversion on the analog signal (pixel signal) Ain output via the vertical signal line 229-n of the corresponding column. This ADC 331 compares the reference signal REF from the DAC 250 with the analog signal Ain and generates a digital signal Dout based on the comparison result. ADC 331 outputs the digital signal Dout to switch 334 . Note that the ADC 331 is an example of the logic circuit described in the claims.

スイッチ334は、タイミング制御部240の制御に従って、対応する列のADC331からのデジタル信号Doutを画素データとしてメモリ335に出力するものである。 The switch 334 outputs the digital signal Dout from the ADC 331 of the corresponding column to the memory 335 as pixel data under the control of the timing control section 240 .

メモリ335は、対応する列の画素データを保持するものである。このメモリ335は、水平転送走査回路260の制御に従って画素データを画像信号処理部270に出力する。 The memory 335 holds the pixel data of the corresponding column. This memory 335 outputs pixel data to the image signal processing section 270 under the control of the horizontal transfer scanning circuit 260 .

[ADCの構成例]
図5は、本技術の第1の実施の形態におけるADC331の一構成例を示すブロック図である。このADC331は、比較器332およびカウンタ333を備える。
[Example of configuration of ADC]
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of the ADC 331 according to the first embodiment of the present technology. This ADC 331 comprises a comparator 332 and a counter 333 .

比較器332は、画素アレイ部220内の画素回路230からのアナログ信号Ainと、DAC250からの参照信号REFとを比較するものである。この比較器332は、比較結果を示す比較結果信号をカウンタ333に出力する。比較器332として、例えば、アナログ信号Ainと、参照信号REFとの差分を増幅する差動増幅回路が用いられる。 The comparator 332 compares the analog signal Ain from the pixel circuit 230 in the pixel array section 220 with the reference signal REF from the DAC 250 . The comparator 332 outputs a comparison result signal indicating the comparison result to the counter 333 . As the comparator 332, for example, a differential amplifier circuit that amplifies the difference between the analog signal Ain and the reference signal REF is used.

カウンタ333は、比較結果信号が所定レベルの期間に亘って、タイミング制御部240からのクロック信号CLKに同期して計数値を計数するものである。このカウンタ333は、計数値を示すデジタル信号Doutをスイッチ334に出力する。 The counter 333 counts the count value in synchronization with the clock signal CLK from the timing control section 240 over a period in which the comparison result signal is at a predetermined level. The counter 333 outputs a digital signal Dout indicating the count value to the switch 334 .

なお、ADC331は、リセットレベルと信号レベルとの差分を求めるCDS(Correlated Double Sampling)処理をさらに行ってもよい。ここでリセットレベルは、リセット直後のアナログ信号Ainのレベルであり、信号レベルは、浮遊拡散層234への電荷の転送直後のアナログ信号Ainのレベルである。CDS処理を行う場合、例えば、カウンタ333は、リセットレベルのAD変換時にダウンカウンタを実行し、信号レベルのAD変換時にアップカウンタを実行する。これにより、リセットレベルと信号レベルとの差分の正味の画素データが得られる。 Note that the ADC 331 may further perform CDS (Correlated Double Sampling) processing for obtaining the difference between the reset level and the signal level. Here, the reset level is the level of the analog signal Ain immediately after resetting, and the signal level is the level of the analog signal Ain immediately after charge transfer to the floating diffusion layer 234 . When performing CDS processing, for example, the counter 333 executes a down counter during AD conversion of the reset level and executes an up counter during AD conversion of the signal level. This provides net pixel data of the difference between the reset level and the signal level.

また、比較器332およびカウンタ333からなる傾斜型のADC331によりAD変換を行っているが、後述する逐次比較型など、ADCは傾斜型に限定されない。 Further, AD conversion is performed by a ramp type ADC 331 including a comparator 332 and a counter 333, but the ADC is not limited to a ramp type such as a successive approximation type described later.

[負性容量回路の構成例]
図6は、本技術の第1の実施の形態における負性容量回路310の一構成例を示す回路図である。負性容量回路310は、アンプ311およびキャパシタ312を備える。アンプ311の入力端子は、垂直信号線229-nに接続される。このアンプ311のゲインは、「1」よりも大きいものとする。また、キャパシタ312の両端は、アンプ311の入力端子および出力端子に接続される。
[Configuration example of negative capacitance circuit]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the negative capacitance circuit 310 according to the first embodiment of the present technology. Negative capacitance circuit 310 includes amplifier 311 and capacitor 312 . An input terminal of the amplifier 311 is connected to the vertical signal line 229-n. It is assumed that the gain of this amplifier 311 is larger than "1". Both ends of the capacitor 312 are connected to the input terminal and the output terminal of the amplifier 311 .

また、電流源320は、N型トランジスタ321により実現される。このN型トランジスタ321のゲートには所定のバイアス電圧Vb1が印加される。また、N型トランジスタ321のソースは垂直信号線229-nに接続され、ドレインは、所定の基準電位(例えば、接地電位)の端子に接続される。N型トランジスタ321として、例えば、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタが用いられる。 Also, the current source 320 is implemented by an N-type transistor 321 . A predetermined bias voltage Vb 1 is applied to the gate of this N-type transistor 321 . The source of the N-type transistor 321 is connected to the vertical signal line 229-n, and the drain is connected to a terminal of a predetermined reference potential (eg, ground potential). As the N-type transistor 321, for example, a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor is used.

また、垂直信号線229-nには、寄生容量500が生じているものとする。垂直信号線229-nの電位をVsとし、垂直信号線229-nと逆側の電位(接地電位)を基準とすると、寄生容量500には、+Vsの電圧が印加される。 It is also assumed that a parasitic capacitance 500 is generated in the vertical signal line 229-n. Assuming that the potential of the vertical signal line 229-n is Vs and the potential on the opposite side of the vertical signal line 229-n (ground potential) is used as a reference, a voltage of +Vs is applied to the parasitic capacitance 500. FIG.

一方、負性容量回路310において、アンプ311のゲインを「2」とすると、キャパシタ312の垂直信号線229-n側の端子にはVsが印加され、その逆側の端子には2Vsが印加される。このため、垂直信号線229-nと逆側の電位(2Vs)を基準とすると、キャパシタ312には、-Vsの電圧が印加される。 On the other hand, in the negative capacitance circuit 310, if the gain of the amplifier 311 is set to "2", Vs is applied to the terminal on the vertical signal line 229-n side of the capacitor 312, and 2Vs is applied to the terminal on the opposite side. be. Therefore, a voltage of -Vs is applied to the capacitor 312 when the potential (2Vs) on the side opposite to the vertical signal line 229-n is used as a reference.

寄生容量500に+Vsが印加され、キャパシタ312に-Vsが印加されるため、垂直信号線229-nの配線容量は、負性容量回路310を接続しない場合と比較して低下する。寄生容量500とキャパシタ312との静電容量が同一と仮定すると、寄生容量500およびキャパシタ312のそれぞれの充電量の合計が「0」クーロン(C)となる。このため、寄生容量および負性容量の合計の容量(すなわち、配線容量)は、「0」ファラッド(F)となる。 Since +Vs is applied to the parasitic capacitance 500 and -Vs is applied to the capacitor 312, the wiring capacitance of the vertical signal line 229-n is reduced compared to the case where the negative capacitance circuit 310 is not connected. Assuming that the capacitances of parasitic capacitance 500 and capacitor 312 are the same, the sum of the respective charges of parasitic capacitance 500 and capacitor 312 is "0" coulombs (C). Therefore, the total capacitance of parasitic capacitance and negative capacitance (that is, wiring capacitance) is "0" Farad (F).

なお、アンプ311のゲインは、「2」に限定されず、寄生容量500の影響を十分に低減することができる値であれば、「2」以外の値であってもよい。ただし、ゲインが「1」以下であると、負性容量回路310の容量が負性とならないため、ゲインには「1」より大きな値が設定される。 Note that the gain of the amplifier 311 is not limited to “2”, and may be a value other than “2” as long as the value can sufficiently reduce the influence of the parasitic capacitance 500 . However, if the gain is "1" or less, the capacitance of the negative capacitance circuit 310 does not become negative, so the gain is set to a value greater than "1".

このように、本技術の第1の実施の形態では、垂直信号線229-nに負性容量回路310を接続したため、負性容量回路310を接続しない場合と比較して、垂直信号線229-nの配線容量を低減することができる。これにより、垂直信号線229-nの電位が一定になるまでの整定時間を短くして読出し速度を速くすることができる。また、垂直信号線229-1の材質変更やプロセスルールの微細化が不要であるため、配線容量を容易に低減することができる。 As described above, in the first embodiment of the present technology, since the negative capacitance circuit 310 is connected to the vertical signal line 229-n, compared with the case where the negative capacitance circuit 310 is not connected, the vertical signal line 229-n n wiring capacity can be reduced. As a result, the settling time until the potential of the vertical signal line 229-n becomes constant can be shortened, and the reading speed can be increased. In addition, since it is not necessary to change the material of the vertical signal line 229-1 or refine the process rule, the wiring capacity can be easily reduced.

<2.第2の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、負性容量回路310内にゲインが「1」より大きなアンプ311を配置していたが、そのゲインが大きいほど、回路規模が増大し、また、列ごとのゲインのばらつきが大きくなる。そして、列ごとのゲインのばらつきが大きいと、同じ明るさであっても列ごとの信号レベルにばらつきが生じるため、画像データの画質が低下してしまう。この第2の実施の形態の負性容量回路310は、負性容量回路310の改良により、画像データの画質低下を抑制する点において第1の実施の形態と異なる。
<2. Second Embodiment>
In the first embodiment described above, the amplifier 311 having a gain greater than "1" is arranged in the negative capacitance circuit 310. Variation in gain increases. If there is a large variation in gain between columns, the signal level will vary between columns even if the brightness is the same, and the image quality of the image data will be degraded. The negative capacitance circuit 310 of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that the negative capacitance circuit 310 is improved to suppress deterioration in image quality of image data.

図7は、本技術の第2の実施の形態における負性容量回路310の一構成例を示す回路図である。第2の実施の形態の負性容量回路310は、N型トランジスタ313をさらに備え、アンプ311の代わりにアンプ314を備える点において第1の実施の形態と異なる。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration example of the negative capacitance circuit 310 according to the second embodiment of the present technology. The negative capacitance circuit 310 of the second embodiment differs from the first embodiment in that it further includes an N-type transistor 313 and includes an amplifier 314 instead of the amplifier 311 .

アンプ314は、電源と基準電位(接地電位など)の端子との間においてカスコード接続されたN型トランジスタ315および316を備える。N型トランジスタ315のゲートは、垂直信号線229-nに接続され、N型トランジスタ316のゲートには、バイアス電圧Vb1'が印加される。このバイアス電圧Vb1'の値は、バイアス電圧Vb1と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。同一とすれば、バイアス電圧を供給する回路の規模を削減することができる。 Amplifier 314 comprises N-type transistors 315 and 316 cascode-connected between a power supply and a terminal of a reference potential (such as ground potential). The gate of the N-type transistor 315 is connected to the vertical signal line 229-n, and the gate of the N-type transistor 316 is applied with a bias voltage Vb1'. The value of this bias voltage Vb1' may be the same value as the bias voltage Vb1, or may be a different value. If they are the same, the scale of the circuit that supplies the bias voltage can be reduced.

また、N型トランジスタ313は、電流源となるN型トランジスタ321にカスコード接続される。言い換えれば、N型トランジスタ313は、垂直信号線229-nと電流源との間に挿入される。このN型トランジスタ313のゲートには、バイアス電圧Vb1と異なるバイアス電圧Vb2が印加される。N型トランジスタ313、315および316として、例えば、MOSトランジスタが用いられる。なお、N型トランジスタ313は、特許請求の範囲に記載の挿入トランジスタの一例である。 Also, the N-type transistor 313 is cascode-connected to the N-type transistor 321 serving as a current source. In other words, the N-type transistor 313 is inserted between the vertical signal line 229-n and the current source. A bias voltage Vb2 different from the bias voltage Vb1 is applied to the gate of this N-type transistor 313 . As N-type transistors 313, 315 and 316, for example, MOS transistors are used. Note that the N-type transistor 313 is an example of an insertion transistor described in the claims.

また、キャパシタ312の一端は、N型トランジスタ313および321の接続点に接続され、キャパシタ312の他端は、N型トランジスタ315および316の接続点に接続される。 One end of capacitor 312 is connected to the connection point of N-type transistors 313 and 321 , and the other end of capacitor 312 is connected to the connection point of N-type transistors 315 and 316 .

図8は、本技術の第2の実施の形態における線形モデルの一構成例を示す回路図である。図7における回路は、図8の線形モデルにより表すことができる。この線形モデルにおいて、垂直信号線229-n上のノードN1と、ノードN1とノードN2との間の経路の相互コンダクタンスはgm1である。また、ノードN1とノードN3との間の経路の相互コンダクタンスはgm2である。ノードN3に接続されるループ回路の相互コンダクタンスは、gm2である。また、ノードN2と接地電位との間の経路の抵抗は、Rである。ノードN3とノードN2との間には容量Cのキャパシタが挿入される。また、ノードN1の電位をvとし、ノードN2の電位をvとし、ノードN3の電位をvとする。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of a linear model according to the second embodiment of the present technology; The circuit in FIG. 7 can be represented by the linear model of FIG. In this linear model, the transconductance of node N1 on vertical signal line 229-n and the path between nodes N1 and N2 is g m1 . Also, the mutual conductance of the path between node N1 and node N3 is gm2 . The transconductance of the loop circuit connected to node N3 is g m2 . Also, R is the resistance of the path between the node N2 and the ground potential. A capacitor of capacitance C is inserted between node N3 and node N2. The potential of the node N1 is v1 , the potential of the node N2 is v2 , and the potential of the node N3 is v3 .

それぞれのノードについて次の電荷保存式が成立する。
m1=v/R+sC(v-v) ・・・式1
sC(v-v)=gm2 ・・・式2
=-gm2 ・・・式3
上式において、sは、複素数を表す。iは、垂直信号線229-nに流れる電流を表す。iの単位は、例えば、アンペア(A)であり、相互コンダクタンスgm1およびgm2の単位は、例えば、ジーメンス(G)である。抵抗Rの単位は、例えば、オームであり、電位v1、v2およびv3の単位は、例えば、ボルト(v)である。
The following charge conservation equation holds for each node.
g m1 v 1 = v 2 /R+sC(v 2 −v 3 ) Equation 1
sC(v 2 −v 3 )=g m2 v 3 Equation 2
i 1 =-g m2 v 3 Equation 3
In the above formula, s represents a complex number. i1 represents the current flowing through the vertical signal line 229-n. The unit of i1 is, for example, ampere (A), and the unit of transconductances gm1 and gm2 is, for example, siemens (G). The unit of resistance R is, for example, ohms, and the unit of potentials v1, v2 and v3 is, for example, volts (v).

式2は、次の式に変形することができる。

Figure 0007227709000001
Equation 2 can be transformed into the following equation.
Figure 0007227709000001

式4より、線形モデルは、角周波数gm2/Cに極を持つハイパスフィルタの性質を有する。次に式1および式3より、次の式が得られる。

Figure 0007227709000002
From Equation 4, the linear model has the properties of a high-pass filter with a pole at the angular frequency g m2 /C. Next, the following equation is obtained from equations 1 and 3.
Figure 0007227709000002

式5より、線形モデルは、角周波数gm2/Cに零点を持ち、それより低い角周波数gm2/{C(1+gm2R)}に極を持つ伝達特性を有する。そして、式4および式5を式3に代入すると、次の式が得られる。

Figure 0007227709000003
From Equation 5, the linear model has a transfer characteristic that has a zero point at the angular frequency g m2 /C and a pole at a lower angular frequency g m2 /{C(1+g m2 R)}. Substituting equations 4 and 5 into equation 3 yields the following equation.
Figure 0007227709000003

式6より、負荷としての線形モデルのインピーダンスZは、次の式により表される。

Figure 0007227709000004
上式において、インピーダンスZの単位は、オームである。 From Equation 6, the impedance Z of the linear model as the load is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000004
In the above equation, the unit of impedance Z is ohms.

式7に対して低周波近似を行うと、次の式が得られる。

Figure 0007227709000005
A low frequency approximation to Equation 7 yields the following equation.
Figure 0007227709000005

式8より、角周波数がgm2/{C(1+gm2R)}よりも十分に低いときに、線形モデルは、-gm1R・Cの負性容量を持つ。言い換えるならば、負性容量値は、キャパシタ312の容量に、アンプ314のDC(Direct Current)ゲインを乗じた値となる。安易な直感に反して、相互コンダクタンスgm2は、負性容量値に現れない。また、式7より、高周波数帯域においてインピーダンスZは次の式により表される。

Figure 0007227709000006
From Equation 8, the linear model has a negative capacitance of -g m1 R·C when the angular frequency is well below g m2 /{C(1+g m2 R)}. In other words, the negative capacitance value is the product of the capacitance of the capacitor 312 and the DC (Direct Current) gain of the amplifier 314 . Contrary to simple intuition, the transconductance g m2 does not appear in negative capacitance values. Also, from Equation 7, the impedance Z in the high frequency band is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000006

式9より、線形モデルは、理想的な負性容量とならず、高周波数帯域においては負性抵抗になる。垂直信号線229-nの寄生容量にも依存するが、理想的な負性容量とならないことは、垂直信号線229-nを不安定化させるおそれがある。例えば、リンギングを引き起こしうる。したがって、零点角周波数gm2/{C(1+gm2R)}を極力大きく維持したまま、負性容量値-gm1R・Cを極力大きくすることが好ましい。設計パラメータで言い換えるならば、負性容量値を大きくする観点から、アンプ314の相互コンダクタンスgm1は大きいことが好ましく、安定性を保つ観点から、N型トランジスタ313の相互コンダクタンスgm2は、大きいことが好ましい。また、負性容量値を大きくする観点において抵抗Rおよび容量Cは大きいことが好ましいが、安定性を保つ観点においては、それらは小さい方が好ましい。アンプ314にソースフォロワを用いた場合を考えると、抵抗Rが1/gm1であるため、次の式が成立する。

Figure 0007227709000007
From Equation 9, the linear model does not become ideal negative capacitance, but becomes negative resistance in the high frequency band. Depending on the parasitic capacitance of the vertical signal line 229-n, the vertical signal line 229-n may become unstable if the negative capacitance is not ideal. For example, it can cause ringing. Therefore, it is preferable to increase the negative capacitance value −g m1 R·C as much as possible while maintaining the zero point angular frequency g m2 /{C(1+g m2 R)} as large as possible. In terms of design parameters, the mutual conductance g m1 of the amplifier 314 should be large from the viewpoint of increasing the negative capacitance value, and the mutual conductance g m2 of the N-type transistor 313 should be large from the viewpoint of maintaining stability. is preferred. Also, from the viewpoint of increasing the negative capacitance value, it is preferable that the resistance R and the capacitance C are large, but from the viewpoint of maintaining stability, it is preferable that they are small. Considering the case where a source follower is used for the amplifier 314, the following equation holds because the resistance R is 1/g m1 .
Figure 0007227709000007

式10より、負性容量値は-Cとなり、キャパシタ312の容量Cのみにより決定される。一方で零点周波数は、次の式により表される。

Figure 0007227709000008
10, the negative capacitance value is −C and is determined only by the capacitance C of capacitor 312 . On the other hand, the zero point frequency is represented by the following equation.
Figure 0007227709000008

式11より、相互コンダクタンスgm1およびgm2は、いずれも大きいことが求められる。一方で、零点周波数は、それらの相互コンダクタンスのうち小さい方で決まる構成となっており、相互コンダクタンスは、ほぼ、そのバイアス電流により決定されることから、消費電流を求める際には、注意が必要となる。 From Equation 11, both mutual conductances g m1 and g m2 are required to be large. On the other hand, the zero point frequency is determined by the smaller of these mutual conductances, and the mutual conductance is almost determined by the bias current, so care must be taken when calculating the current consumption. becomes.

なお、ソースフォロワをスーパーソースフォロワに置き換えた場合、まず、そのDCゲインgm1Rは、変わらず、ほぼ「1」なので、負性容量値が-Cになることは変わらないが、相互コンダクタンスgm1は、固有ゲイン1段分、増大する。このため、安定性は改善すると考えることができる。ソースフォロワのバイアス電流を増大することでも、同様の効果は得られるが、相互コンダクタンスgm1を増大する観点からは、スーパーソースフォロワ構成の方が、電流効率は良いと考えられる。 Note that when the source follower is replaced with a super source follower, first, the DC gain g m1 R does not change and is approximately "1", so the negative capacitance value remains -C, but the mutual conductance g m1 increases by one stage of the intrinsic gain. Therefore, it can be considered that the stability is improved. A similar effect can be obtained by increasing the bias current of the source follower, but from the viewpoint of increasing the mutual conductance g m1 , the super source follower configuration is considered to have better current efficiency.

上述したように、アンプ314のゲインが「1」以下であっても、負性容量回路310の容量は負性となる。このため、アンプのゲインを「1」より大きくしなければならない、第1の実施の形態と比較して、負性容量回路310の回路規模を削減することができる。また、列ごとのゲインのばらつきを抑制して、画像データの画質を向上させることができる。 As described above, even if the gain of the amplifier 314 is "1" or less, the capacitance of the negative capacitance circuit 310 is negative. Therefore, the circuit scale of the negative capacitance circuit 310 can be reduced compared to the first embodiment in which the gain of the amplifier must be greater than "1". In addition, it is possible to suppress variations in gain for each column and improve image quality of image data.

図9は、本技術の第2の実施の形態における負性容量回路310のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、インピーダンスZであり、横軸は、角周波数である。同図より、零点周波数より低い周波数帯域において、容量は-Cとなる。 FIG. 9 is a graph showing an example of impedance characteristics of the negative capacitance circuit 310 according to the second embodiment of the present technology. The vertical axis in the figure is the impedance Z, and the horizontal axis is the angular frequency. From the figure, the capacitance is −C in the frequency band lower than the zero point frequency.

このように、本技術の第2の実施の形態によれば、電流源にカスコード接続されたN型トランジスタ313と、カスコード接続された一対のトランジスタからなるアンプ314とを設けたため、アンプ314のゲインを「1」以下にすることができる。これにより、列ごとのゲインのばらつきを抑制して、画像データの画質を向上させることができる。 As described above, according to the second embodiment of the present technology, since the N-type transistor 313 cascode-connected to the current source and the amplifier 314 including a pair of cascode-connected transistors are provided, the gain of the amplifier 314 is can be less than or equal to "1". As a result, it is possible to suppress variations in gain for each column and improve the image quality of the image data.

<3.第3の実施の形態>
上述の第2の実施の形態では、電流源のN型トランジスタ321と、垂直信号線229-nとの間にN型トランジスタ313を挿入していた。このN型トランジスタ313の挿入により、ダイナミックレンジの低減、トランジスタの総面積の増大、および、バイアス電圧を供給する回路の回路規模の増大の懸念がある。この第3の実施の形態の負性容量回路310は、N型トランジスタ313を削減した点において第2の実施の形態と異なる。
<3. Third Embodiment>
In the second embodiment described above, the N-type transistor 313 is inserted between the N-type transistor 321 of the current source and the vertical signal line 229-n. The insertion of this N-type transistor 313 may lead to a reduction in dynamic range, an increase in the total area of the transistors, and an increase in the circuit scale of the circuit that supplies the bias voltage. The negative capacitance circuit 310 of the third embodiment differs from that of the second embodiment in that the N-type transistor 313 is eliminated.

図10は、本技術の第3の実施の形態における負性容量回路310の一構成例を示す回路図である。この第3の実施の形態の負性容量回路310は、N型トランジスタ313を備えず、N型トランジスタ321の代わりにN型トランジスタ321-1および321-2を備える点において第2の実施の形態と異なる。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the negative capacitance circuit 310 according to the third embodiment of the present technology. The negative capacitance circuit 310 of the third embodiment does not include the N-type transistor 313, but includes N-type transistors 321-1 and 321-2 in place of the N-type transistor 321, unlike the second embodiment. different from

N型トランジスタ321-1および321-2は、垂直信号線229-nと接地電位との間においてカスコード接続され、それらのゲートには、バイアス電圧Vb1が印加される。また、N型トランジスタ321-1および321-2のそれぞれのゲート長の和は、N型トランジスタ321のゲート長と等しく、N型トランジスタ321-1および321-2のそれぞれのゲート幅は、N型トランジスタ321のゲート幅と等しい。すなわち、N型トランジスタ321-1および321-2は、N型トランジスタ321を2分割したものと等価である。 The N-type transistors 321-1 and 321-2 are cascode-connected between the vertical signal line 229-n and the ground potential, and a bias voltage Vb1 is applied to their gates. Further, the sum of the gate lengths of N-type transistors 321-1 and 321-2 is equal to the gate length of N-type transistor 321, and the gate width of each of N-type transistors 321-1 and 321-2 is equal to the N-type transistor 321-1 and 321-2. It is equal to the gate width of transistor 321 . That is, the N-type transistors 321-1 and 321-2 are equivalent to dividing the N-type transistor 321 into two.

また、キャパシタ312の一端は、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点に接続される。接地側のN型トランジスタ321-2は、電流源として用いられ、負性容量回路310内にN型トランジスタ321-1、キャパシタ312およびアンプ314が配置される。 Also, one end of the capacitor 312 is connected to the connection point of the N-type transistors 321-1 and 321-2. N-type transistor 321-2 on the ground side is used as a current source, and N-type transistor 321-1, capacitor 312 and amplifier 314 are arranged in negative capacitance circuit 310. FIG.

このように、電流源のN型トランジスタ321をN型トランジスタ321-1および321-2に2分割し、それらの一方をN型トランジスタ313の代わりに用いたため、N型トランジスタ313の分、トランジスタの総面積を削減することができる。なお、N型トランジスタ321-1は、特許請求の範囲に記載の挿入トランジスタの一例である。 In this way, the current source N-type transistor 321 is divided into two N-type transistors 321-1 and 321-2, and one of them is used instead of the N-type transistor 313. Total area can be reduced. Note that the N-type transistor 321-1 is an example of the insertion transistor described in the claims.

図11は、本技術の第3の実施の形態における線形モデルの一構成例を示す回路図である。図10における回路は、図11の線形モデルにより表すことができる。第3の実施の形態の線形モデルは、ノードN3と基準電位の端子との間の経路の抵抗値がRである点において第2の実施の形態と異なる。それぞれのノードについて次の電荷保存式が成立する。
m1=v/R+sC(v-v) ・・・式12

Figure 0007227709000009
=-gm2 ・・・式14 FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of a linear model according to the third embodiment of the present technology; The circuit in FIG. 10 can be represented by the linear model in FIG. The linear model of the third embodiment differs from that of the second embodiment in that the resistance value of the path between the node N3 and the terminal of the reference potential is R2 . The following charge conservation equation holds for each node.
g m1 v 1 = v 2 /R+sC(v 2 −v 3 ) Equation 12
Figure 0007227709000009
i 1 =-g m2 v 3 Equation 14

第2の実施の形態の式1乃至式3と、第3の実施の形態の式12乃至式14とを比較すると、式13において、実効的な相互コンダクタンスg'm2が現れる点が特徴的である。式13を変形すると、次の式が得られる。

Figure 0007227709000010
Comparing the equations 1 to 3 of the second embodiment with the equations 12 to 14 of the third embodiment, it is characteristic that the effective transconductance g′ m2 appears in the equation 13. be. Transformation of Equation 13 yields the following equation.
Figure 0007227709000010

式15より、線形モデルは、角周波数g'm2/Cに極を持つハイパスフィルタである。また、式12および式14より、次の式が得られる。

Figure 0007227709000011
From Equation 15, the linear model is a high-pass filter with a pole at the angular frequency g' m2 /C. Also, the following equation is obtained from equations 12 and 14.
Figure 0007227709000011

式16より、線形モデルは、角周波数gm2/Cに零点を持ち、それより低い角周波数gm2/{C(1+gm2R)}に極を持つ伝達特性を有する。式15および式16を式14に代入すると、次の式が得られる。

Figure 0007227709000012
From Equation 16, the linear model has a transfer characteristic with a zero point at angular frequency g m2 /C and a pole at lower angular frequency g m2 /{C(1+g m2 R)}. Substituting equations 15 and 16 into equation 14 yields:
Figure 0007227709000012

式17より、負荷としての線形モデルのインピーダンスZは、次の式により表される。

Figure 0007227709000013
From Equation 17, the impedance Z of the linear model as the load is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000013

次に、第3の実施の形態における固有のパラメータである抵抗Rおよび相互コンダクタンスgm2を求める。まず、相互コンダクタンスgm2だが、ここは飽和動作であることから、次の式が成立する。
=(k/A)・(V-V-Vth ・・・式19
上式において、Iは、N型トランジスタ321-1または321-2のドレイン電流である。Aは、N型トランジスタ321-1および321-2のそれぞれのゲート長の比率、すなわち分割比である。kは所定の係数である。Vは、ゲート電圧である。Vは、分割ノードの電圧である。Vthは、閾値電圧である。これらの電圧の単位は、例えば、ボルト(V)である。
Next, the resistance R2 and the transconductance gm2 , which are inherent parameters in the third embodiment, are obtained. First, the mutual conductance g m2 is saturated, so the following formula holds.
I d =(k/A)·(V g −V−V th ) 2 Equation 19
In the above equation, I d is the drain current of N-type transistor 321-1 or 321-2. A is the gate length ratio of the N-type transistors 321-1 and 321-2, that is, the division ratio. k is a predetermined coefficient. Vg is the gate voltage. V is the voltage of the split node. V th is the threshold voltage. The unit of these voltages is, for example, volts (V).

式19を変形すると、次の式が得られる。
V=V-Vth-(A・I/k)1/2 ・・・式20
Transformation of Equation 19 yields the following equation.
V=V g −V th −(A·I d /k) 1/2 Equation 20

また、式19の両辺を微分すると、次の式が得られる。
=2(k/A)・(V-V-Vth
=2{(k・Id)/A}1/2
=(1/A1/2)・gm_LM0 ・・・式21
上式においてgm_LM0は、分割前のN型トランジスタ321の相互コンダクタンスである。
Further, by differentiating both sides of Equation 19, the following equation is obtained.
I d =2(k/A)·(V g −V−V th )
=2 {(k·Id)/A} 1/2
=(1/A 1/2 )·g m_LM0 Expression 21
In the above equation, gm_LM0 is the transconductance of N-type transistor 321 before splitting.

次に抵抗Rであるが、抵抗Rに対応するN型トランジスタ321-2は、三極間領域となるため、次の式が成立する。
={2k/(1-A)}・{(V-Vth)V-V/2} …式22
Next, regarding the resistor R2 , the N-type transistor 321-2 corresponding to the resistor R2 is a three-electrode region, so the following equation holds.
I d ={2k/(1−A)}·{(V g −V th )V−V 2 /2} Equation 22

式20および式22より、次の式が得られる。
={(1-A)/2k}・{1/(V-Vth-V)}
={(1-A)/2}・{1/(A・k・Id)}1/2
={(1-A)/(2A1/2)}・(1/gm_LM0) ・・・式23
From Equations 20 and 22, the following equation is obtained.
R 2 = {(1−A)/2k}·{1/( VgVth −V)}
= {(1−A)/2}·{1/(A·k·Id)} 1/2
= {(1−A)/(2A 1/2 )}・(1/g m_LM0 ) Equation 23

また、同様にして、g'm2に関して次の式が得られる。
g'm2=gm2+1/R
={1/A1/2+2A1/2/(1-A)}・gm_LM0
=(1/A1/2){(1+A)/(1-A)}・gm_LM0…式24
Similarly, the following equation is obtained for g' m2 .
g′ m2 =g m2 +1/R 2
= {1/A 1/2 +2A 1/2 /(1−A)}・g m_LM0
= (1/A 1/2 ) {(1+A)/(1−A)}·g m_LM0 Equation 24

また、式18より、低周波数帯域におけるインピーダンスZは、次の式により表される。

Figure 0007227709000014
Also, from Equation 18, the impedance Z in the low frequency band is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000014

上式におけるgm1・Rは、アンプ314のゲインを表す。アンプ314として、ゲインが「1」のソースフォロワを用いるとすると、式25は、次の式により表される。

Figure 0007227709000015
g m1 ·R in the above equation represents the gain of the amplifier 314 . Assuming that a source follower with a gain of "1" is used as the amplifier 314, Equation 25 is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000015

式26より、負性容量回路310は、-(g/g'm2)・Cの負性容量を持つ。この第3の実施の形態の負性容量には、第2の実施の形態と異なり、相互コンダクタンスの比g/g'm2という係数が現れる。この係数は、負性容量のゲインである。この負性容量ゲインは、次の式により表される。
/g'm2=(1-A)/(1+A) ・・・式27
From Equation 26, the negative capacitance circuit 310 has a negative capacitance of -(g m /g' m2 )·C. In the negative capacitance of the third embodiment, unlike the second embodiment, a coefficient of the mutual conductance ratio g m /g' m2 appears. This factor is the negative capacitance gain. This negative capacitance gain is represented by the following equation.
g m /g' m2 = (1-A)/(1+A) Equation 27

図12は、本技術の第3の実施の形態における負性容量回路310のゲイン特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、式27に例示した負性容量ゲインであり、横軸は分割比Aである。 FIG. 12 is a graph showing an example of gain characteristics of the negative capacitance circuit 310 according to the third embodiment of the present technology. The vertical axis in the figure is the negative capacitance gain exemplified in Equation 27, and the horizontal axis is the division ratio A.

また、式18より、高周波数帯域におけるインピーダンスZは、次の式により表される。

Figure 0007227709000016
Also, from Equation 18, the impedance Z in the high frequency band is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000016

式28より、第3の実施の形態では、第2の実施の形態と同様に、インピーダンスZが負性抵抗となる。アンプ314として、ゲインが「1」のソースフォロワを用いるとすれば、インピーダンスZは、次の式により表される。

Figure 0007227709000017
From Equation 28, in the third embodiment, the impedance Z becomes a negative resistance as in the second embodiment. If a source follower with a gain of "1" is used as the amplifier 314, the impedance Z is expressed by the following equation.
Figure 0007227709000017

同様に、次の式により表される中間周波数帯域について考える。

Figure 0007227709000018
Similarly, consider the intermediate frequency band expressed by the following equation.
Figure 0007227709000018

式30に示す中間周波数帯域においてインピーダンスZは、次の式により表される。
Z=v/i
=-(g/g'm2)・(1/gm1+1/gm2
=-{(1+A)/(1-A)}・(1/gm1+1/gm2)…式31
Impedance Z in the intermediate frequency band shown in Equation 30 is expressed by the following equation.
Z= v1 / i1
=-( gm / g'm2 )・(1/ gm1 +1/ gm2 )
=-{(1+A)/(1-A)}・(1/g m1 +1/g m2 )...Equation 31

式31より、中間周波数帯域においてインピーダンスZは、負性抵抗となる。 From Equation 31, the impedance Z becomes a negative resistance in the intermediate frequency band.

図13は、本技術の第3の実施の形態における負性容量回路310のインピーダンス特性の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、インピーダンスZを示し、横軸は角周波数を示す。同図のグラフは、式26、式29および式31から得られる。同図に例示するように、負性容量回路310のインピーダンス特性には、2つの極と、2つの零点とが現れる。 FIG. 13 is a graph showing an example of impedance characteristics of the negative capacitance circuit 310 according to the third embodiment of the present technology. The vertical axis in the figure indicates the impedance Z, and the horizontal axis indicates the angular frequency. The graph in the figure is obtained from Equations 26, 29 and 31. As illustrated in the figure, two poles and two zeros appear in the impedance characteristic of the negative capacitance circuit 310 .

このように本技術の第3の実施の形態では、N型トランジスタ321を2分割して、その一方を負性容量回路310内に配置したため、N型トランジスタ313を削減することができる。 As described above, in the third embodiment of the present technology, the N-type transistor 321 is divided into two and one of the two is arranged in the negative capacitance circuit 310, so the N-type transistor 313 can be eliminated.

<4.第4の実施の形態>
上述の第3の実施の形態では、ゲインが「1」のアンプ314を負性容量回路310内に配置していたが、この構成では十分に大きな負性容量値を得られないおそれがある。この第4の実施の形態の負性容量回路310は、負性容量値を増大した点において第3の実施の形態と異なる。
<4. Fourth Embodiment>
In the third embodiment described above, the amplifier 314 with a gain of "1" is arranged in the negative capacitance circuit 310, but there is a possibility that a sufficiently large negative capacitance value cannot be obtained with this configuration. The negative capacitance circuit 310 of the fourth embodiment differs from that of the third embodiment in that the negative capacitance value is increased.

図14は、本技術の第4の実施の形態における負性容量回路310の一構成例を示す回路図である。この第4の実施の形態の負性容量回路310は、アンプ314の代わりに、ゲインが「1」より大きなアンプ311を配置した点において第3の実施の形態と異なる。アンプ311の配置により、負性容量値は、第3の実施の形態の場合よりも増大する。ただし、安定性を保つ観点から、出力インピーダンス(すなわち、線形モデルにおける抵抗R)を抑制することが望ましい。 FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration example of the negative capacitance circuit 310 according to the fourth embodiment of the present technology. The negative capacitance circuit 310 of the fourth embodiment differs from the third embodiment in that an amplifier 311 having a gain greater than "1" is arranged instead of the amplifier 314. FIG. Due to the placement of the amplifier 311, the negative capacitance value increases more than in the case of the third embodiment. However, from the viewpoint of maintaining stability, it is desirable to suppress the output impedance (that is, the resistance R in the linear model).

このように、本技術の第4の実施の形態では、ゲインが「1」より大きなアンプ311を配置したため、負性容量値を増大させることができる。 As described above, in the fourth embodiment of the present technology, the amplifier 311 having a gain larger than "1" is arranged, so that the negative capacitance value can be increased.

<5.第5の実施の形態>
上述の第4の実施の形態では、列ごとに、ADC331の外部にキャパシタ312を配置していたが、列数の増大に伴って回路規模が増大するおそれがある。例えば、ADCがキャパシタを内蔵する場合、そのキャパシタをADCと負性容量回路310とが共有する構成とすれば、回路規模を削減することができる。この第5の実施の形態の負性容量回路310は、ADCとキャパシタを共有する点において第4の実施の形態と異なる。
<5. Fifth Embodiment>
In the fourth embodiment described above, the capacitor 312 is arranged outside the ADC 331 for each column, but there is a possibility that the circuit scale will increase as the number of columns increases. For example, when the ADC has a built-in capacitor, if the capacitor is shared by the ADC and the negative capacitance circuit 310, the circuit scale can be reduced. The negative capacitance circuit 310 of the fifth embodiment differs from that of the fourth embodiment in that it shares a capacitor with the ADC.

図15は、本技術の第5の実施の形態におけるカラム信号処理部300の一構成例を示すブロック図である。この第5の実施の形態のカラム信号処理部300は、ADC331の代わりにADC370を配置し、キャパシタ312を設けず、スイッチ341および343とキャパシタ342とをさらに配置した点において第4の実施の形態と異なる。 FIG. 15 is a block diagram showing one configuration example of the column signal processing unit 300 according to the fifth embodiment of the present technology. The column signal processing unit 300 of the fifth embodiment has an ADC 370 in place of the ADC 331, does not have the capacitor 312, and further has switches 341 and 343 and a capacitor 342, which are the same as those of the fourth embodiment. different from

スイッチ341の一端にはバイアス電圧Vb1が印加され、他端は、N型トランジスタ321-1および321-2の両方のゲートに共通に接続される。このスイッチ341は、タイミング制御部240からの制御信号SW1に従って、バイアス電圧Vb1の供給源と、N型トランジスタ321-1および321-2の両方のゲートとの間の経路を開閉する。 A bias voltage Vb1 is applied to one end of the switch 341, and the other end is commonly connected to both gates of the N-type transistors 321-1 and 321-2. This switch 341 opens and closes the path between the source of the bias voltage Vb1 and the gates of both of the N-type transistors 321-1 and 321-2 according to the control signal SW1 from the timing control section 240. FIG.

キャパシタ342の一端は、N型トランジスタ321-1および321-2の両方のゲートに共通に接続され、他端は、基準電位VSSの端子に接続される。 One end of capacitor 342 is commonly connected to the gates of both N-type transistors 321-1 and 321-2, and the other end is connected to the terminal of reference potential VSS.

スイッチ343は、タイミング制御部240からの制御信号SW2に従って、アンプ311の出力端子と、ADC370との間の経路を開閉するものである。なお、スイッチ343は、特許請求の範囲に記載の第1のスイッチの一例である。 The switch 343 opens and closes the path between the output terminal of the amplifier 311 and the ADC 370 according to the control signal SW2 from the timing control section 240 . Note that the switch 343 is an example of the first switch described in the claims.

図16は、本技術の第5の実施の形態におけるADC370の一構成例を示す回路図である。このADC370は、DAC371、比較器374および逐次比較制御部375を備える。 FIG. 16 is a circuit diagram showing one configuration example of the ADC 370 according to the fifth embodiment of the present technology. This ADC 370 comprises a DAC 371 , a comparator 374 and a successive approximation controller 375 .

DAC371は、DA(Digital to Analog)変換を行うものであり、互いに容量の異なる複数のキャパシタ372と、キャパシタ372と同数のスイッチ373とを備える。 The DAC 371 performs DA (Digital to Analog) conversion, and includes a plurality of capacitors 372 having different capacities and switches 373 equal in number to the capacitors 372 .

キャパシタ372のそれぞれの一端は、スイッチ343と比較器374の入力端子との間の経路に共通に接続される。スイッチ373は、デジタル信号Doutに基づいて、対応するキャパシタ372の他端を、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点と、所定の基準電位(接地電位など)の端子とのいずれかに接続するものである。なお、スイッチ373は、特許請求の範囲に記載の第2のスイッチの一例である。 One end of each of capacitors 372 is commonly connected to the path between switch 343 and the input terminal of comparator 374 . The switch 373 connects the other end of the corresponding capacitor 372 to either the connection point of the N-type transistors 321-1 and 321-2 or the terminal of a predetermined reference potential (ground potential, etc.) based on the digital signal Dout. It connects to Note that the switch 373 is an example of the second switch described in the claims.

比較器374は、DAC371からのアナログ信号Ainの電位と所定の基準電位(接地電位など)とを比較するものである。この比較器374は、比較結果を逐次比較制御部375に出力する。 The comparator 374 compares the potential of the analog signal Ain from the DAC 371 with a predetermined reference potential (ground potential, etc.). This comparator 374 outputs the comparison result to the successive approximation control section 375 .

逐次比較制御部375は、比較器374の比較結果からなるデジタル信号Doutを生成してDAC371に帰還させるとともに、スイッチ334へ出力するものである。なお、比較器374および逐次比較制御部375を含む回路は、特許請求の範囲に記載の論理回路の一例である。 The successive approximation controller 375 generates a digital signal Dout from the comparison result of the comparator 374 and feeds it back to the DAC 371 and outputs it to the switch 334 . A circuit including the comparator 374 and the successive approximation controller 375 is an example of the logic circuit described in the claims.

例えば、初期状態において、スイッチ373の全ては、対応するキャパシタ372の接続先をN型トランジスタ321-1および321-2の接続点に接続する。そして、アナログ信号Ainが基準電位より大きい場合に逐次比較制御部375は、デジタル信号Doutの第1ビットを生成する。その第1ビットに従って、スイッチ373は、最も容量の大きなキャパシタ372の接続先を基準電位に切り替えて放電させる。 For example, in the initial state, all of the switches 373 connect the connection destination of the corresponding capacitor 372 to the connection point of the N-type transistors 321-1 and 321-2. Then, when the analog signal Ain is higher than the reference potential, the successive approximation control section 375 generates the first bit of the digital signal Dout. According to the first bit, the switch 373 switches the connection destination of the capacitor 372 having the largest capacity to the reference potential to discharge it.

第1ビットの生成後においてアナログ信号Ainが基準電位より大きい場合に逐次比較制御部375は、デジタル信号Doutの第2ビットを生成する。その第2ビットに従って、スイッチ373は、2番目に容量の大きなキャパシタ372の接続先を基準電位に切り替えて放電させる。以下、同様の制御が繰り返し実行される。そして、アナログ信号Ainが基準電位以下の場合にスイッチ373は、キャパシタ372を放電させず、比較動作が終了する。画素当たりのデジタル信号Doutのビット数が16ビットである場合には、比較回数は最大で16回であり、途中で比較動作が終了した場合には残りのビットには固定値が設定される。このように、ビットごとに比較動作を逐次的に実行するADCは、逐次比較型のADCと呼ばれる。 If the analog signal Ain is higher than the reference potential after the generation of the first bit, the successive approximation control unit 375 generates the second bit of the digital signal Dout. According to the second bit, the switch 373 switches the connection destination of the capacitor 372 having the second largest capacity to the reference potential and discharges it. Thereafter, similar control is repeatedly executed. Then, when the analog signal Ain is equal to or lower than the reference potential, the switch 373 does not discharge the capacitor 372, and the comparison operation ends. When the number of bits of the digital signal Dout per pixel is 16 bits, the maximum number of comparisons is 16, and if the comparison operation ends in the middle, the remaining bits are set to fixed values. An ADC that sequentially performs bit-by-bit comparison operations in this manner is called a successive approximation ADC.

図17は、本技術の第5の実施の形態におけるAD変換期間以外のカラム信号処理部300の状態の一例を示す図である。AD変換の開始前、または、AD変換の終了後において、タイミング制御部240は、制御信号SW1およびSW2により、スイッチ341および343を閉状態にする。これにより、N型トランジスタ321-1、アンプ311、スイッチ343およびキャパシタ372からなる回路は、第4の実施の形態の負性容量回路310と同様の構成になる。 FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the state of the column signal processing unit 300 during periods other than the AD conversion period according to the fifth embodiment of the present technology. Before AD conversion starts or after AD conversion ends, timing control section 240 closes switches 341 and 343 by means of control signals SW1 and SW2. As a result, the circuit consisting of the N-type transistor 321-1, the amplifier 311, the switch 343 and the capacitor 372 has the same configuration as the negative capacitance circuit 310 of the fourth embodiment.

また、キャパシタ372には、アナログ信号Ainが保持される。このように第5の実施の形態の負性容量回路310は、キャパシタ372をADC370と共有する。このため、ADC370の外部にキャパシタ312を配置する必要が無くなり、カラム信号処理部300の回路規模を削減することができる。 Also, the capacitor 372 holds the analog signal Ain. Thus, negative capacitance circuit 310 of the fifth embodiment shares capacitor 372 with ADC 370 . Therefore, it becomes unnecessary to dispose the capacitor 312 outside the ADC 370, and the circuit scale of the column signal processing section 300 can be reduced.

なお、タイミング制御部240は、AD変換期間内にスイッチ341を開状態にしてバイアス電圧Vb1の供給を停止しているが、スイッチ341自体を設けずに、常にバイアス電圧Vb1を供給する構成としてもよい。ただし、キャパシタ342の充電時間が長くなり、消費電力も増大するおそれがある。 Note that the timing control unit 240 stops the supply of the bias voltage Vb1 by opening the switch 341 during the AD conversion period. good. However, it takes longer to charge the capacitor 342, and power consumption may increase.

図18は、本技術の第5の実施の形態におけるAD変換期間内のカラム信号処理部300の状態の一例を示す図である。AD変換期間内において、タイミング制御部240は、制御信号SW1およびSW2により、スイッチ341および343を開状態にする。これにより、N型トランジスタ321-1、アンプ311、スイッチ343およびキャパシタ372からなる回路はループ回路でなくなり、また、容量は負性ではなくなる。また、ADC370は、逐次比較制御により、キャパシタ372に保持されたアナログ信号Ainをデジタル信号Doutに変換する。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the state of the column signal processing section 300 during the AD conversion period according to the fifth embodiment of the present technology. During the AD conversion period, the timing control section 240 opens the switches 341 and 343 by the control signals SW1 and SW2. As a result, the circuit consisting of the N-type transistor 321-1, the amplifier 311, the switch 343 and the capacitor 372 is no longer a loop circuit, and the capacitance is no longer negative. Also, the ADC 370 converts the analog signal Ain held in the capacitor 372 into a digital signal Dout by successive approximation control.

図17および図18に例示したようにスイッチ343を開閉することにより、負性容量回路310をイネーブルまたはディセーブルに設定することができる。ここで、「イネーブル」は、負性容量回路310の容量が負性であることを意味する。 By opening and closing switch 343 as illustrated in FIGS. 17 and 18, negative capacitance circuit 310 can be enabled or disabled. Here, "enable" means that the capacitance of the negative capacitance circuit 310 is negative.

このように本技術の第5の実施の形態では、キャパシタ372を負性容量回路310およびADC370が共有するため、ADC370の外部にキャパシタ312を配置する必要が無くなる。これにより、ADC370の外部にキャパシタ312を配置する場合と比較して、カラム信号処理部300の回路規模を削減することができる。 As described above, in the fifth embodiment of the present technology, the capacitor 372 is shared by the negative capacitance circuit 310 and the ADC 370 , so there is no need to arrange the capacitor 312 outside the ADC 370 . As a result, the circuit scale of the column signal processing section 300 can be reduced compared to the case where the capacitor 312 is arranged outside the ADC 370 .

[変形例]
上述の第5の実施の形態では、負性容量回路310をイネーブルにするスイッチ343をアンプ311の出力端子に接続していたが、ループ経路上であれば、スイッチ343を別の個所に配置することができる。例えば、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点とADC370との間にスイッチ343を配置することもできる。この第5の実施の形態の変形例におけるカラム信号処理部300は、スイッチ343の配置箇所が異なる点において第5の実施の形態と異なる。
[Modification]
In the fifth embodiment described above, the switch 343 that enables the negative capacitance circuit 310 is connected to the output terminal of the amplifier 311, but if it is on the loop path, the switch 343 can be arranged at another location. be able to. For example, switch 343 can be placed between the connection point of N-type transistors 321-1 and 321-2 and ADC 370. FIG. The column signal processing section 300 in the modified example of the fifth embodiment differs from the fifth embodiment in that the switch 343 is arranged differently.

図19は、本技術の第5の実施の形態の変形例におけるカラム信号処理部300の一構成例を示すブロック図である。第5の実施の形態の変形例におけるカラム信号処理部300は、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点とADC370との間の経路上にスイッチ343が配置される点において第5の実施の形態と異なる。 FIG. 19 is a block diagram showing one configuration example of the column signal processing unit 300 in the modified example of the fifth embodiment of the present technology. The column signal processing unit 300 in the modification of the fifth embodiment is fifth in that the switch 343 is arranged on the path between the connection point of the N-type transistors 321-1 and 321-2 and the ADC 370. Different from the embodiment.

図20は、本技術の第5の実施の形態の変形例におけるADC370の一構成例を示す回路図である。第5の実施の形態の変形例のADC370においてキャパシタ372のそれぞれの一端は、スイッチ373と比較器374との間の経路に共通に接続される。また、スイッチ373は、デジタル信号Doutに基づいて、キャパシタ372の他端を、アンプ311と基準電位の端子とのいずれかに接続する。 FIG. 20 is a circuit diagram showing one configuration example of the ADC 370 in the modified example of the fifth embodiment of the present technology. One end of each of the capacitors 372 in the ADC 370 of the modification of the fifth embodiment is commonly connected to the path between the switch 373 and the comparator 374 . Also, the switch 373 connects the other end of the capacitor 372 to either the amplifier 311 or the reference potential terminal based on the digital signal Dout.

このように、本技術の第5の実施の形態の変形例によれば、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点とADC370との間の経路上にスイッチ343を配置したため、その経路を開閉することができる。これにより、負性容量回路310をイネーブルまたはディセーブルにすることができる。 Thus, according to the modification of the fifth embodiment of the present technology, since the switch 343 is arranged on the path between the connection point of the N-type transistors 321-1 and 321-2 and the ADC 370, the path can be opened and closed. This allows the negative capacitance circuit 310 to be enabled or disabled.

<6.第6の実施の形態>
上述の第5の実施の形態では、負性容量回路310は、キャパシタ372をADC370と共有していたが、ADC以外の回路と共有することもできる。例えば、負性容量回路310は、サンプルホールド回路とキャパシタを共有することができる。この第6の実施の形態の負性容量回路310は、サンプルホールド回路とキャパシタを共有する点において第5の実施の形態と異なる。
<6. Sixth Embodiment>
In the fifth embodiment described above, the negative capacitance circuit 310 shares the capacitor 372 with the ADC 370, but it can also be shared with circuits other than the ADC. For example, the negative capacitance circuit 310 can share a capacitor with the sample and hold circuit. The negative capacitance circuit 310 of the sixth embodiment differs from that of the fifth embodiment in that it shares a capacitor with the sample-and-hold circuit.

図21は、本技術の第6の実施の形態におけるカラム信号処理部300の一構成例を示すブロック図である。この第6のカラム信号処理部300は、アンプ311およびスイッチ343を設けず、サンプルホールド回路350をさらに配置した点において第5の実施の形態と異なる。また、ADC370の代わりに、逐次比較型でないADC331を備える。なお、第5の実施の形態と同様に逐次比較型のADC370を配置することもできる。 FIG. 21 is a block diagram showing one configuration example of the column signal processing unit 300 according to the sixth embodiment of the present technology. The sixth column signal processing section 300 differs from the fifth embodiment in that the amplifier 311 and the switch 343 are not provided, and the sample hold circuit 350 is further provided. Also, instead of the ADC 370, an ADC 331 that is not a successive approximation type is provided. A successive approximation type ADC 370 can also be arranged as in the fifth embodiment.

サンプルホールド回路350は、垂直信号線229-nからのアナログ信号を取込み(すなわち、サンプリングし)、保持するものである。サンプルホールド回路350は、保持したアナログ信号AinをADC331に供給する。 The sample and hold circuit 350 takes in (that is, samples) and holds the analog signal from the vertical signal line 229-n. The sample hold circuit 350 supplies the held analog signal Ain to the ADC 331 .

図22は、本技術の第6の実施の形態におけるサンプルホールド回路350の一構成例を示す回路図である。このサンプルホールド回路350は、アンプ351と、スイッチ352乃至355と、キャパシタ356および357と、スイッチ358乃至361とを備える。 FIG. 22 is a circuit diagram showing one configuration example of the sample and hold circuit 350 according to the sixth embodiment of the present technology. The sample and hold circuit 350 includes an amplifier 351, switches 352-355, capacitors 356 and 357, and switches 358-361.

アンプ351の入力端子は、垂直信号線229-nを介して画素回路230に接続され、出力端子は、スイッチ352および354に接続される。スイッチ352は、タイミング制御部240からの制御信号SMP1に従って、キャパシタ356の一端とアンプ351との間の経路を開閉するものである。スイッチ353は、タイミング制御部240からの制御信号SMP2に従って、キャパシタ356の一端とADC331との間の経路を開閉するものである。 The input terminal of the amplifier 351 is connected to the pixel circuit 230 via the vertical signal line 229-n, and the output terminal is connected to the switches 352 and 354. FIG. The switch 352 opens and closes the path between one end of the capacitor 356 and the amplifier 351 according to the control signal SMP1 from the timing control section 240 . The switch 353 opens and closes the path between one end of the capacitor 356 and the ADC 331 according to the control signal SMP2 from the timing control section 240 .

また、スイッチ354は、制御信号SMP2に従って、キャパシタ357の一端とアンプ351との間の経路を開閉するものである。スイッチ355は、制御信号SMP1に従って、キャパシタ357の一端とADC331との間の経路を開閉するものである。 The switch 354 opens and closes the path between one end of the capacitor 357 and the amplifier 351 according to the control signal SMP2. The switch 355 opens and closes the path between one end of the capacitor 357 and the ADC 331 according to the control signal SMP1.

スイッチ358は、制御信号SMP1に従って、キャパシタ356の他端と、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点との間の経路を開閉するものである。スイッチ359は、制御信号SMP2に従って、キャパシタ356の他端と基準電位(接地電位など)の端子との間の経路を開閉するものである。 The switch 358 opens and closes the path between the other end of the capacitor 356 and the connection point of the N-type transistors 321-1 and 321-2 according to the control signal SMP1. The switch 359 opens and closes the path between the other end of the capacitor 356 and the terminal of the reference potential (ground potential or the like) according to the control signal SMP2.

また、スイッチ360は、制御信号SMP2に従って、キャパシタ357の他端と、N型トランジスタ321-1および321-2の接続点との間の経路を開閉するものである。スイッチ361は、制御信号SMP1に従って、キャパシタ357の他端と基準電位の端子との間の経路を開閉するものである。 Switch 360 opens and closes the path between the other end of capacitor 357 and the connection point of N-type transistors 321-1 and 321-2 according to control signal SMP2. The switch 361 opens and closes the path between the other end of the capacitor 357 and the reference potential terminal according to the control signal SMP1.

図23は、本技術の第6の実施の形態における奇数回目のサンプリング期間内のカラム信号処理部300の状態の一例を示す図である。奇数回目のサンプリング期間内において、タイミング制御部240は、制御信号SMP1により、スイッチ352、355、358および361を閉状態にし、制御信号SMP2により、残りのスイッチを開状態にする。これにより、N型トランジスタ321-1、アンプ351、スイッチ352、キャパシタ356およびスイッチ358からなる回路は、第4の実施の形態の負性容量回路310と同様の回路となり、容量が負性になる。また、キャパシタ356はアナログ信号をサンプリングし、その一方でキャパシタ357は、偶数回目にサンプリングした信号を保持する。 FIG. 23 is a diagram illustrating an example of the state of the column signal processing unit 300 within the odd-numbered sampling period according to the sixth embodiment of the present technology. During the odd-numbered sampling period, the timing control section 240 closes the switches 352, 355, 358 and 361 with the control signal SMP1 and opens the remaining switches with the control signal SMP2. As a result, the circuit consisting of the N-type transistor 321-1, the amplifier 351, the switch 352, the capacitor 356 and the switch 358 becomes a circuit similar to the negative capacitance circuit 310 of the fourth embodiment, and the capacitance becomes negative. . Capacitor 356 also samples the analog signal, while capacitor 357 holds the even-sampled signal.

図24は、本技術の第6の実施の形態における偶数回目のサンプリング期間内のカラム信号処理部300の状態の一例を示す図である。偶数回目のサンプリング期間内において、タイミング制御部240は、制御信号SMP1により、スイッチ352、355、358および361を開状態にし、制御信号SMP2により、残りのスイッチを閉状態にする。これにより、N型トランジスタ321-1、アンプ351、スイッチ354、キャパシタ357およびスイッチ360からなる回路は、第4の実施の形態の負性容量回路310と同様の回路となり、容量が負性になる。また、キャパシタ356は奇数回目にサンプリングした信号を保持し、その一方でキャパシタ357は、アナログ信号をサンプリングする。 FIG. 24 is a diagram illustrating an example of the state of the column signal processing unit 300 within the even-numbered sampling period according to the sixth embodiment of the present technology. During even-numbered sampling periods, the timing control section 240 opens the switches 352, 355, 358 and 361 according to the control signal SMP1, and closes the remaining switches according to the control signal SMP2. As a result, the circuit consisting of the N-type transistor 321-1, the amplifier 351, the switch 354, the capacitor 357 and the switch 360 becomes a circuit similar to the negative capacitance circuit 310 of the fourth embodiment, and the capacitance becomes negative. . Also, capacitor 356 holds the odd-numbered sampled signal, while capacitor 357 samples the analog signal.

上述したように、キャパシタ356と、スイッチ352、353、358および359とからなる回路において、入力側のスイッチ352および358と、出力側のスイッチ353および359とが交互に開閉する。このような回路は、スイッチトキャパシタ回路と呼ばれる。キャパシタ357と、スイッチ354、355、360および361とからなる回路も同様にスイッチトキャパシタ回路として機能する。なお、スイッチトキャパシタ回路を2つ配置しているが、1つのみ配置してもよい。ただし、スイッチトキャパシタ回路を1つのみとした場合、奇数回目のサンプリングと偶数回目のホールドとを並列に実行することができなくなる。 As described above, in the circuit consisting of capacitor 356 and switches 352, 353, 358 and 359, switches 352 and 358 on the input side and switches 353 and 359 on the output side alternately open and close. Such a circuit is called a switched capacitor circuit. The circuit consisting of capacitor 357 and switches 354, 355, 360 and 361 similarly functions as a switched capacitor circuit. Although two switched capacitor circuits are arranged, only one may be arranged. However, if only one switched capacitor circuit is used, odd-numbered sampling and even-numbered holding cannot be executed in parallel.

なお、スイッチ352および354は、特許請求の範囲に記載の第1の入力側スイッチの一例であり、スイッチ358および360は、特許請求の範囲に記載の第2の入力側スイッチの一例である。スイッチ353および355は、特許請求の範囲に記載の第1の出力側スイッチの一例であり、スイッチ359および361は、特許請求の範囲に記載の第2の出力側スイッチの一例である。 The switches 352 and 354 are examples of the first input-side switches described in the claims, and the switches 358 and 360 are examples of the second input-side switches described in the claims. The switches 353 and 355 are examples of the first output side switches described in the claims, and the switches 359 and 361 are examples of the second output side switches described in the claims.

このように、本技術の第6の実施の形態では、負性容量回路310が、サンプルホールド回路とキャパシタを共有するため、サンプルホールド回路350の外部にキャパシタ312を配置する必要が無くなる。これにより、サンプルホールド回路350の外部にキャパシタ312を配置する場合と比較して、カラム信号処理部300の回路規模を削減することができる。 Thus, in the sixth embodiment of the present technology, the negative capacitance circuit 310 shares a capacitor with the sample-and-hold circuit 350, eliminating the need to dispose the capacitor 312 outside the sample-and-hold circuit 350. FIG. This makes it possible to reduce the circuit scale of the column signal processing section 300 compared to the case where the capacitor 312 is arranged outside the sample hold circuit 350 .

<7.第7の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、画素アレイ部220を、タイミング制御部240などの画素アレイ部220以外の回路とともに単一の半導体チップに設けていた。しかし、半導体チップの面積を一定とすると、画素アレイ部220以外の回路の分、画素アレイ部220の面積が狭くなるおそれがある。画素アレイ部220の面積を広くするには、例えば、固体撮像素子200内の回路のそれぞれを、積層した複数の半導体チップに分散して配置すればよい。この第7の実施の形態の固体撮像素子200は、積層された複数の半導体チップに回路を分散して配置した点において第1の実施の形態と異なる。
<7. Seventh Embodiment>
In the first embodiment described above, the pixel array section 220 is provided on a single semiconductor chip together with circuits other than the pixel array section 220, such as the timing control section 240. FIG. However, if the area of the semiconductor chip is fixed, the area of the pixel array section 220 may be reduced by the circuits other than the pixel array section 220 . In order to increase the area of the pixel array section 220, for example, each circuit in the solid-state imaging device 200 may be dispersedly arranged in a plurality of stacked semiconductor chips. The solid-state imaging device 200 of the seventh embodiment differs from that of the first embodiment in that circuits are arranged in a distributed manner in a plurality of stacked semiconductor chips.

図25は、本技術の第7の実施の形態における固体撮像素子200の一構成例を示すブロック図である。この第7の実施の形態の固体撮像素子200は、積層された画素チップ201およびロジックチップ202を備える。画素チップ201は、画素アレイ部220が配置された半導体チップである。なお、画素チップ201は、特許請求の範囲に記載の第1の半導体チップの一例である。 FIG. 25 is a block diagram showing one configuration example of the solid-state imaging device 200 according to the seventh embodiment of the present technology. A solid-state imaging device 200 of the seventh embodiment comprises a pixel chip 201 and a logic chip 202 which are stacked. A pixel chip 201 is a semiconductor chip on which a pixel array section 220 is arranged. Note that the pixel chip 201 is an example of the first semiconductor chip described in the claims.

図26は、本技術の第7の実施の形態におけるロジックチップ202の一構成例を示すブロック図である。このロジックチップ202は、上側カラム信号処理部301、画像信号処理部270および下側カラム信号処理部302が配置された半導体チップである。 FIG. 26 is a block diagram showing one configuration example of the logic chip 202 according to the seventh embodiment of the present technology. This logic chip 202 is a semiconductor chip in which an upper column signal processing section 301, an image signal processing section 270 and a lower column signal processing section 302 are arranged.

上側カラム信号処理部301には、カラム信号処理部300のうち、全列の半分に対応する回路が配置される。一方、下側カラム信号処理部302には、カラム信号処理部300のうち、残りの列に対応する回路が配置される。垂直ドライバ210、DAC250および水平転送走査回路260は、例えば、ロジックチップ202に配置される。これらは、図26において省略されている。 In the upper column signal processing unit 301, circuits corresponding to half of all columns of the column signal processing unit 300 are arranged. On the other hand, circuits corresponding to the remaining columns of the column signal processing unit 300 are arranged in the lower column signal processing unit 302 . Vertical driver 210, DAC 250 and horizontal transfer scanning circuit 260 are arranged in logic chip 202, for example. These are omitted in FIG.

このように、本技術の第7の実施の形態では、積層した画素チップ201およびロジックチップ202に回路を分散して配置したため、単一の半導体チップに配置する場合と比較して画素アレイ部220の面積を広くすることができる。 As described above, in the seventh embodiment of the present technology, the circuits are distributed and arranged in the stacked pixel chips 201 and the logic chips 202, and thus the pixel array section 220 is compared with the case where the circuits are arranged in a single semiconductor chip. area can be widened.

<8.第8の実施の形態>
上述の第2の実施の形態では、垂直信号線229-nに負性容量回路310を接続して配線容量を低減していたが、グランド電流の変動によりストリーキングが生じるおそれがある。この第8の実施の形態の固体撮像素子200は、電流源となるN型トランジスタ316のドレイン電圧をクランプして、ストリーキングを抑制した点において第2の実施の形態と異なる。
<8. Eighth Embodiment>
In the second embodiment described above, the negative capacitance circuit 310 is connected to the vertical signal line 229-n to reduce the wiring capacitance, but streaking may occur due to variations in the ground current. The solid-state imaging device 200 of the eighth embodiment differs from the second embodiment in that streaking is suppressed by clamping the drain voltage of the N-type transistor 316 serving as a current source.

図27は、本技術の第8の実施の形態における負性容量回路310の一構成例を示す回路図である。この第8の実施の形態の各列の負性容量回路310は、クランプトランジスタ383がさらに設けられた点において第2の実施の形態と異なる。同図において、図7のN型トランジスタ321は電流源381として動作し、N型トランジスタ316は電流源382として動作する。電流源381の供給する電流をIとし、電流源382の供給する電流をIとする。また、N型トランジスタ315のゲート・ソース間電圧をVGSとし、電流源382(N型トランジスタ316)のドレイン電圧をVとする。なお、電流源381は、特許請求の範囲に記載の第1電流源の一例であり、電流源382は、特許請求の範囲に記載の第2電流源の一例である。 FIG. 27 is a circuit diagram showing a configuration example of the negative capacitance circuit 310 according to the eighth embodiment of the present technology. The negative capacitance circuit 310 of each column in the eighth embodiment differs from the second embodiment in that a clamp transistor 383 is further provided. 7, the N-type transistor 321 of FIG. 7 operates as a current source 381, and the N-type transistor 316 operates as a current source 382. FIG. The current supplied by the current source 381 is I1 , and the current supplied by the current source 382 is I2 . Also, the gate-source voltage of the N-type transistor 315 is VGS , and the drain voltage of the current source 382 (N-type transistor 316) is VD . The current source 381 is an example of the first current source described in the claims, and the current source 382 is an example of the second current source described in the claims.

クランプトランジスタ383は、電源と電流源382との間において、N型トランジスタ315と並列に接続される。クランプトランジスタ383として、例えば、N型のMOSトランジスタが用いられる。このクランプトランジスタ383のゲートには、固定のゲート電圧VGCLPが印加される。なお、全ての列について同一のゲート電圧VGCLPが供給される。 Clamp transistor 383 is connected in parallel with N-type transistor 315 between the power supply and current source 382 . As the clamp transistor 383, for example, an N-type MOS transistor is used. A fixed gate voltage VGCLP is applied to the gate of this clamp transistor 383 . The same gate voltage VGCLP is supplied to all columns.

図28は、本技術の第8の実施の形態における垂直信号線229-nおよびドレイン電圧Vの電圧変動の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、垂直信号線229-nの電圧、または、ドレイン電圧Vを示し、同図における横軸は時間を示す。また、同図における太い実線は、垂直信号線229-nの電圧の変動を示す。同図における点線は、クランプトランジスタ383を設けない第2の実施の形態のドレイン電圧Vの変動を示す。一方、細い実線は、クランプトランジスタ383を設けた第8の実施の形態のドレイン電圧Vの変動を示す。 FIG. 28 is a graph showing an example of voltage fluctuations of the vertical signal line 229-n and the drain voltage VD in the eighth embodiment of the present technology. The vertical axis in the figure indicates the voltage of the vertical signal line 229-n or the drain voltage VD , and the horizontal axis in the figure indicates time. In addition, the thick solid line in the figure indicates the variation in the voltage of the vertical signal line 229-n. A dotted line in FIG. 10 indicates variation of the drain voltage VD in the second embodiment in which the clamp transistor 383 is not provided. On the other hand, the thin solid line indicates the variation of the drain voltage VD in the eighth embodiment in which the clamp transistor 383 is provided.

タイミングT0において転送信号TXが画素回路230に入力されると、垂直信号線229-nの電圧は、タイミングT1以降においてDKからOFに低下する。DKは、ダークカレントに応じた電圧であり、OFは、入射光量に応じた電圧である。 When the transfer signal TX is input to the pixel circuit 230 at timing T0, the voltage of the vertical signal line 229-n drops from DK to OFF after timing T1. DK is a voltage corresponding to dark current, and OF is a voltage corresponding to the amount of incident light.

入射光量が非常に大きいと、DKからOFへの低下量は大きくなる。この場合であっても、電流Iに対応する電流源381は、飽和領域で動作するように設計されている。一方、電流Iに対応する電流源382(N型トランジスタ316)のドレイン電圧Vは、垂直信号線229-nの電圧よりもゲート・ソース間電圧VGSだけ低い。このため、クランプトランジスタ383を設けない第2の実施の形態では、ドレイン電圧Vの低下により、電流源382が飽和領域でなく、線形領域で動作してしまうおそれがある。電流源382が線形領域で動作すると、電流Iが小さくなる。この電流Iの変動により、電流IおよびIの合計のグランド電流が変動し、ストリーキング特性が悪化してしまう。 If the amount of incident light is very large, the amount of DK to OF drop will be large. Even in this case, current source 381 corresponding to current I1 is designed to operate in the saturation region. On the other hand, the drain voltage VD of the current source 382 (N-type transistor 316) corresponding to the current I2 is lower than the voltage of the vertical signal line 229-n by the gate-source voltage VGS . Therefore, in the second embodiment in which the clamp transistor 383 is not provided, a drop in the drain voltage VD may cause the current source 382 to operate not in the saturation region but in the linear region. Current I2 decreases when current source 382 operates in the linear region. Due to the fluctuation of the current I2 , the total ground current of the currents I1 and I2 fluctuates, and the streaking characteristic deteriorates.

そこで、第8の実施の形態の負性容量回路310では、クランプトランジスタ383を追加している。この構成では、垂直信号線229-nの電圧がゲート電圧VGCLPよりも低下すると、電流Iにおいてクランプトランジスタ382を流れる電流が支配的となる。垂直信号線229-nの電圧が低くなるほど、クランプトランジスタ382を流れる電流の割合が大きくなり、ドレイン電圧Vは、ゲート電圧VGCLPに応じた一定の電圧CLPに固定(クランプ)される。 Therefore, a clamp transistor 383 is added in the negative capacitance circuit 310 of the eighth embodiment. In this configuration, when the voltage on vertical signal line 229-n drops below gate voltage VGCLP, current I2 through clamp transistor 382 dominates. The lower the voltage of the vertical signal line 229-n, the higher the ratio of the current flowing through the clamp transistor 382, and the drain voltage VD is fixed (clamped) at a constant voltage CLP according to the gate voltage VGCLP.

図29は、本技術の第8の実施の形態におけるグランド電流およびストリーキング量の変動の一例を示すグラフである。同図におけるaは、グランド電流IGNDの変動の一例を示すグラフである。同図におけるbは、グランド電流とダークカレントとの差分ΔIGNDの変動の一例を示すグラフである。同図におけるcは、ストリーキング量の変動の一例を示すグラフである。また、同図における縦軸は、電流またはストリーキング量を示し、同図における横軸は、垂直信号線229-nの電圧VSLを示す。また、同図において、点線は、クランプトランジスタ383を設けない第2の実施の形態のグランド電流およびストリーキング量の変動を示す。一方、実線は、クランプトランジスタ383を設けた第8の実施の形態のグランド電流およびストリーキング量の変動を示す。 FIG. 29 is a graph showing an example of variations in ground current and streaking amount in the eighth embodiment of the present technology. In the same figure, a is a graph showing an example of variation of the ground current IGND . b in the figure is a graph showing an example of variation of the difference ΔI GND between the ground current and the dark current. c in the figure is a graph showing an example of variation in streaking amount. The vertical axis in the figure indicates the current or streaking amount, and the horizontal axis in the figure indicates the voltage VSL of the vertical signal line 229-n. In the same figure, the dotted line indicates variations in ground current and streaking amount in the second embodiment in which the clamp transistor 383 is not provided. On the other hand, the solid line indicates variations in ground current and streaking amount in the eighth embodiment in which the clamp transistor 383 is provided.

クランプトランジスタ383を設けない第2の実施の形態では、点線に例示するように、電流Iの変動により、電流IおよびIの合計のグランド電流IGNDが変動し、ストリーキング量が増大する。一方、クランプトランジスタ383を設けた第8の実施の形態では、実線に例示するように、電流源382の飽和領域動作に必要な電圧マージンを確保することができるため、電流Iの変動を抑制することができる。これにより、電流IおよびIの合計のグランド電流IGNDの変動を抑制し、ストリーキング量を減少させることができる。 In the second embodiment in which the clamp transistor 383 is not provided, as illustrated by the dotted line, fluctuations in the current I2 cause fluctuations in the total ground current IGND of the currents I1 and I2 , increasing the amount of streaking. . On the other hand, in the eighth embodiment in which the clamp transistor 383 is provided, as illustrated by the solid line, a voltage margin necessary for the operation of the current source 382 in the saturation region can be ensured, thus suppressing fluctuations in the current I2 . can do. This suppresses fluctuations in the total ground current I GND of the currents I 1 and I 2 and reduces the amount of streaking.

このように、本技術の第8の実施の形態によれば、クランプトランジスタ383により、電流源382のドレイン電圧Vをクランプするため、ストリーキング特性を改善することができる。 Thus, according to the eighth embodiment of the present technology, the drain voltage VD of the current source 382 is clamped by the clamp transistor 383, so streaking characteristics can be improved.

<9.第9の実施の形態>
上述の第8の実施の形態では、クランプトランジスタ383のゲート電圧VGCLPを固定値としていたが、ゲート電圧VGCLPの適正値が想定と異なるおそれがある。この第9の実施の形態の固体撮像素子200は、ゲート電圧VGCLPを可変にして、その値を調整する点において第8の実施の形態と異なる。
<9. Ninth Embodiment>
In the eighth embodiment described above, the gate voltage VGCLP of the clamp transistor 383 is set to a fixed value. The solid-state imaging device 200 of the ninth embodiment differs from the eighth embodiment in that the gate voltage VGCLP is made variable and its value is adjusted.

図30は、本技術の第9の実施の形態におけるカラム信号処理部300の一構成例を示す回路図である。第9の実施の形態におけるカラム信号処理部300は、ゲート電圧供給部410をさらに配置した点において第8の実施の形態と異なる。 FIG. 30 is a circuit diagram showing one configuration example of the column signal processing unit 300 according to the ninth embodiment of the present technology. The column signal processing section 300 in the ninth embodiment differs from that in the eighth embodiment in that a gate voltage supply section 410 is further arranged.

ゲート電圧供給部410は、ゲート電圧VGCLPを生成して全列のクランプトランジスタ383のそれぞれに供給するものである。 The gate voltage supply unit 410 generates a gate voltage VGCLP and supplies it to each of the clamp transistors 383 of all columns.

図31は、本技術の第9の実施の形態におけるゲート電圧供給部410の一構成例を示す回路図である。このゲート電圧供給部410は、可変電流源411と、N型トランジスタ412、415および418と、スイッチ413、414、416および417とを備える。 FIG. 31 is a circuit diagram showing a configuration example of the gate voltage supply section 410 according to the ninth embodiment of the present technology. This gate voltage supply section 410 comprises a variable current source 411 , N-type transistors 412 , 415 and 418 , and switches 413 , 414 , 416 and 417 .

可変電流源411およびN型トランジスタ412は、電源に直列に接続される。可変電流源411およびN型トランジスタ412の接続点の電圧がゲート電圧VGCLPとしてクランプトランジスタ383のゲートに供給される。 A variable current source 411 and an N-type transistor 412 are connected in series with a power supply. The voltage at the connection point between variable current source 411 and N-type transistor 412 is supplied to the gate of clamp transistor 383 as gate voltage VGCLP.

N型トランジスタ415および418は、可変電流源411およびN型トランジスタ412の接続点に並列に接続される。スイッチ413および414は、可変電流源411およびN型トランジスタ412の接続点に直列に接続され、これらの接続点がN型トランジスタ415のゲートに接続される。スイッチ416および417は、可変電流源411およびN型トランジスタ412の接続点に直列に接続され、これらの接続点がN型トランジスタ418のゲートに接続される。 N-type transistors 415 and 418 are connected in parallel to the connection point of variable current source 411 and N-type transistor 412 . Switches 413 and 414 are connected in series to the connection point of variable current source 411 and N-type transistor 412 , and these connection points are connected to the gate of N-type transistor 415 . Switches 416 and 417 are connected in series to the connection point of variable current source 411 and N-type transistor 412 , and these connection points are connected to the gate of N-type transistor 418 .

可変電流源411の供給する電流の値は、レジスタなどに保持された制御信号により調整される。また、スイッチ413、414、416および417を開閉させる制御信号SW10、SW11、SW12およびSW13もレジスタなどに保持される。 The value of the current supplied by the variable current source 411 is adjusted by a control signal held in a register or the like. Control signals SW10, SW11, SW12 and SW13 for opening and closing switches 413, 414, 416 and 417 are also held in registers or the like.

上述の構成において、作業者は、レジスタ内の制御信号を変更することによって、ゲート電圧VGCLPの値を調整することができる。なお、ゲート電圧VGCLPを変更することができるのであれば、ゲート電圧供給部410の構成は、同図に例示した回路に限定されない。 In the configuration described above, the operator can adjust the value of the gate voltage VGCLP by changing the control signal in the register. Note that the configuration of the gate voltage supply unit 410 is not limited to the circuit illustrated in the figure as long as the gate voltage VGCLP can be changed.

図32は、本技術の第9の実施の形態におけるグランド電流およびストリーキング量の変動の一例を示すグラフである。同図におけるaは、グランド電流IGNDの変動の一例を示すグラフである。同図におけるbは、グランド電流とダークカレントとの差分ΔIGNDの変動の一例を示すグラフである。同図におけるcは、ストリーキング量の変動の一例を示すグラフである。また、同図における縦軸は、電流またはストリーキング量を示し、同図における横軸は、垂直信号線229-nの電圧VSLを示す。また、同図において、点線は、クランプトランジスタ383を設けない第2の実施の形態のグランド電流およびストリーキング量の変動を示す。一方、実線は、クランプトランジスタ383を設けた第9の実施の形態のグランド電流およびストリーキング量の変動を示す。 FIG. 32 is a graph showing an example of variations in ground current and streaking amount in the ninth embodiment of the present technology. In the same figure, a is a graph showing an example of variation of the ground current IGND . b in the figure is a graph showing an example of variation of the difference ΔI GND between the ground current and the dark current. c in the figure is a graph showing an example of variation in streaking amount. The vertical axis in the figure indicates the current or streaking amount, and the horizontal axis in the figure indicates the voltage VSL of the vertical signal line 229-n. In the same figure, the dotted line indicates variations in ground current and streaking amount in the second embodiment in which the clamp transistor 383 is not provided. On the other hand, the solid line indicates variations in ground current and streaking amount in the ninth embodiment in which the clamp transistor 383 is provided.

同図に例示するように、ゲート電圧供給部410はゲート電圧VGCLPを変更することにより、ストリーキング量を調整することができる。 As illustrated in the figure, the gate voltage supply unit 410 can adjust the streaking amount by changing the gate voltage VGCLP.

このように本技術の第9の実施の形態によれば、ゲート電圧供給部410がゲート電圧VGCLPを変更するため、ストリーキング量を所望の値に調整することができる。 As described above, according to the ninth embodiment of the present technology, the gate voltage supply unit 410 changes the gate voltage VGCLP, so that the streaking amount can be adjusted to a desired value.

<10.第10の実施の形態>
上述の第1の実施の形態では、アナログ信号Ainと、参照信号REFとの差分を増幅する差動増幅回路をADC331内の比較器332として用いていたが、この構成において固体撮像素子200の消費電力をさらに削減することができる。この第10の実施の形態の固体撮像素子200は、消費電力をさらに削減した点において第1の実施の形態と異なる。
<10. Tenth Embodiment>
In the first embodiment described above, the differential amplifier circuit that amplifies the difference between the analog signal Ain and the reference signal REF is used as the comparator 332 in the ADC 331. Power can be further reduced. The solid-state imaging device 200 of the tenth embodiment differs from that of the first embodiment in that power consumption is further reduced.

図33は、本技術の第10の実施の形態における比較器420の一構成例を示す回路図である。この第10の実施の形態においては、各列において比較器331の代わりに比較器420が配置される。比較器420は、キャパシタ421、422および430と、P型トランジスタ423および424と、スイッチ425および426と、N型トランジスタ427乃至429とを備える。P型トランジスタ423、P型トランジスタ424、N型トランジスタ427、N型トランジスタ428およびN型トランジスタ429として、例えば、MOSトランジスタが用いられる。 FIG. 33 is a circuit diagram showing a configuration example of the comparator 420 according to the tenth embodiment of the present technology. In this tenth embodiment, comparator 420 is arranged instead of comparator 331 in each column. Comparator 420 includes capacitors 421, 422 and 430, P-type transistors 423 and 424, switches 425 and 426, and N-type transistors 427-429. As P-type transistor 423, P-type transistor 424, N-type transistor 427, N-type transistor 428 and N-type transistor 429, for example, MOS transistors are used.

キャパシタ421および422のそれぞれの一端は、N型トランジスタ427のゲートに共通に接続される。また、キャパシタ421の他端には、垂直信号線229-nを介してアナログ信号Ainが入力される。キャパシタ422の他端には、参照信号REFが入力される。 One end of each of capacitors 421 and 422 is commonly connected to the gate of N-type transistor 427 . Also, the analog signal Ain is input to the other end of the capacitor 421 through the vertical signal line 229-n. A reference signal REF is input to the other end of the capacitor 422 .

P型トランジスタ423および424は、電源に並列に接続される。P型トランジスタ423のゲートは、ドレインとP型トランジスタ424のゲートとに接続される。N型トランジスタ427は、N型トランジスタ429とP型トランジスタ423との間に挿入され、N型トランジスタ428は、N型トランジスタ429とP型トランジスタ424との間に挿入される。N型トランジスタ429のゲートには、所定のバイアス電圧Vbcが印加される。また、P型トランジスタ424およびN型トランジスタ428の接続点の電位が、比較器420の比較結果信号としてカウンタ333に供給される。 P-type transistors 423 and 424 are connected in parallel to the power supply. The gate of P-type transistor 423 is connected to the drain and the gate of P-type transistor 424 . N-type transistor 427 is inserted between N-type transistor 429 and P-type transistor 423 , and N-type transistor 428 is inserted between N-type transistor 429 and P-type transistor 424 . A predetermined bias voltage Vbc is applied to the gate of the N-type transistor 429 . Also, the potential at the connection point of the P-type transistor 424 and the N-type transistor 428 is supplied to the counter 333 as the comparison result signal of the comparator 420 .

スイッチ425は、N型トランジスタ427のゲートとドレインとの間を開閉するものである。スイッチ426は、N型トランジスタ428のゲートとドレインとの間を開閉するものである。キャパシタ430は、N型トランジスタ428のゲートと接地端子との間に挿入される。 The switch 425 opens and closes between the gate and drain of the N-type transistor 427 . Switch 426 opens and closes between the gate and drain of N-type transistor 428 . Capacitor 430 is inserted between the gate of N-type transistor 428 and the ground terminal.

上述の構成において、キャパシタ421および422は、アナログ信号Ainと参照信号REFとの間の電圧を、それらの容量値に基づく分圧比により分圧する。また、P型トランジスタ423および424と、スイッチ425および426と、N型トランジスタ427乃至429とからなる回路は、差動増幅回路として機能する。この差動増幅回路は、キャパシタ421および422からの入力電圧と、キャパシタ430からの所定電圧との差分を増幅する。なお、キャパシタ421および422からなる回路は、特許請求の範囲に記載の分割回路の一例である。 In the above configuration, capacitors 421 and 422 divide the voltage between analog signal Ain and reference signal REF with a voltage dividing ratio based on their capacitance values. A circuit composed of P-type transistors 423 and 424, switches 425 and 426, and N-type transistors 427 to 429 functions as a differential amplifier circuit. This differential amplifier circuit amplifies the difference between the input voltages from capacitors 421 and 422 and a predetermined voltage from capacitor 430 . The circuit composed of the capacitors 421 and 422 is an example of the dividing circuit described in the claims.

このように、本技術の第10の実施の形態によれば、アナログ信号Ainと参照信号REFとの間の電圧を分圧して差動増幅回路に入力するため、比較器420を第1の実施の形態よりも低い電圧で駆動し、消費電力を削減することができる。 Thus, according to the tenth embodiment of the present technology, the voltage between the analog signal Ain and the reference signal REF is divided and input to the differential amplifier circuit. can be driven at a voltage lower than that of the form of , and power consumption can be reduced.

<11.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<11. Example of application to moving objects>
The technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may

図34は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 FIG. 34 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.

車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図34に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。 Vehicle control system 12000 comprises a plurality of electronic control units connected via communication network 12001 . In the example shown in FIG. 34, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an inside information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050. Also, as the functional configuration of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are illustrated.

駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。 Drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.

ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。 Body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps. In this case, body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches. Body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.

車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。 External information detection unit 12030 detects information external to the vehicle in which vehicle control system 12000 is mounted. For example, the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 . The vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image. The vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.

撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。 The imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of received light. The imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information. Also, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.

車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。 The vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information. The in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver. The driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.

マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。 The microcomputer 12051 calculates control target values for the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and controls the drive system control unit. A control command can be output to 12010 . For example, the microcomputer 12051 realizes functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation of vehicles, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, etc. Cooperative control can be performed for the purpose of

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 In addition, the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on operation.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。 Further, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the information detection unit 12030 outside the vehicle. For example, the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs coordinated control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.

音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図34の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。 The audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle. In the example of FIG. 34, an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices. The display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.

図35は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。 FIG. 35 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031. As shown in FIG.

図35では、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。 In FIG. 35 , imaging units 12101 , 12102 , 12103 , 12104 , and 12105 are provided as imaging unit 12031 .

撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。 The imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 12100, for example. An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in front of the vehicle 12100 . Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 . An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 . The imaging unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment is mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.

なお、図35には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。 Note that FIG. 35 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104 . The imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose, the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively, and the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 viewed from above can be obtained.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。 At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 For example, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the course of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。 For example, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。 At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 . Such recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. This is done by a procedure that determines When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian exists in the images captured by the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031に適用され得る。具体的には、図1の撮像装置100を、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、読出し速度を速くして、フレームレートを向上させることが可能になる。 An example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described above. The technology according to the present disclosure can be applied to, for example, the imaging unit 12031 among the configurations described above. Specifically, the imaging device 100 in FIG. 1 can be applied to the imaging unit 12031 . By applying the technology according to the present disclosure to the imaging unit 12031, it is possible to increase the readout speed and improve the frame rate.

なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。 In addition, the above-described embodiment shows an example for embodying the present technology, and the matters in the embodiment and the matters specifying the invention in the scope of claims have corresponding relationships. Similarly, the matters specifying the invention in the scope of claims and the matters in the embodiments of the present technology with the same names have corresponding relationships. However, the present technology is not limited to the embodiments, and can be embodied by various modifications to the embodiments without departing from the scope of the present technology.

また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、CD(Compact Disc)、MD(MiniDisc)、DVD(Digital Versatile Disc)、メモリカード、ブルーレイディスク(Blu-ray(登録商標)Disc)等を用いることができる。 In addition, the processing procedure described in the above embodiment may be regarded as a method having a series of procedures, and a program for causing a computer to execute the series of procedures or a recording medium for storing the program You can catch it. As this recording medium, for example, CD (Compact Disc), MD (MiniDisc), DVD (Digital Versatile Disc), memory card, Blu-ray disc (Blu-ray (registered trademark) Disc), etc. can be used.

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。 It should be noted that the effects described in this specification are only examples and are not limited, and other effects may be provided.

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)アナログ信号を処理する論理回路と、
光電変換により前記アナログ信号を生成して所定の信号線を介して前記論理回路に出力する画素回路と、
前記所定の信号線に接続された負性容量回路と
を具備する固体撮像素子。
(2)前記負性容量回路は、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
前記アンプの前記入力端子および出力端子に両端が接続されたキャパシタと
を備える
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)前記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、
前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
電源と基準端子との間においてカスコード接続された一対のトランジスタからなるアンプと、
前記一対のトランジスタの接続点に一端が接続され、前記電流源と前記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続されたキャパシタと
を備え、
前記一対のトランジスタのうち前記電源に接続されたトランジスタのゲートは、前記所定の信号線に接続される
前記(1)記載の固体撮像素子。
(4)前記挿入トランジスタのゲートには第1のバイアス電圧が印加され、
前記電流源は、前記第1のバイアス電圧と異なる第2のバイアス電圧が印加された第2のトランジスタを備える
前記(3)記載の固体撮像素子。
(5)前記挿入トランジスタのゲートには第1のバイアス電圧が印加され、
前記電流源は、第2のトランジスタを備え、
前記挿入トランジスタのゲートは前記第2のトランジスタのゲートに接続される
前記(3)記載の固体撮像素子。
(6)前記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、
前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
前記アンプの前記入力端子に一端が接続され、前記電流源と前記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続されたキャパシタと
を備える
前記(1)記載の固体撮像素子。
(7)前記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、
前記論理回路は、
前記アナログ信号と所定の参照信号とを比較して比較結果を出力する比較器と、
前記比較結果に基づいて制御信号を生成して前記負性容量回路へ出力する制御回路と
を備える前記(1)記載の固体撮像素子。
(8)前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
キャパシタと、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
前記キャパシタの一端と前記アンプの出力端子との間の経路を開閉する第1のスイッチと、
前記制御信号に従って前記挿入トランジスタと前記電流源との接続点または所定の基準端子に前記キャパシタの他端を接続する第2のスイッチと
を備える前記(7)記載の固体撮像素子。
(9)前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
キャパシタと、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
前記挿入トランジスタおよび前記電流源の接続点と、前記キャパシタの一端との間の経路を開閉する第1のスイッチと、
前記制御信号に従って前記アンプの出力端子または所定の基準端子に前記キャパシタの他端を接続する第2のスイッチと
を備える前記(7)記載の固体撮像素子。
(10)前記比較器は、
前記アナログ信号と前記所定の参照信号との間の電圧を分圧して入力電圧として出力する分割回路と、
前記入力電圧と所定電圧との差分を増幅する差動増幅回路と
を備える前記(7)から(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)前記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、
前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
スイッチトキャパシタ回路と
を備え、
前記スイッチトキャパシタ回路は、
キャパシタと、
前記アンプの出力端子と前記キャパシタの一端との間の経路を開閉する第1の入力側スイッチと、
前記挿入トランジスタおよび前記電流源の接続点と、前記キャパシタの他端との間の経路を開閉する第2の入力側スイッチと、
前記一端と前記論理回路との間の経路を開閉する第1の出力側スイッチと、
前記他端と所定の基準端子との間の経路を開閉する第2の出力側スイッチと
を備える前記(1)記載の固体撮像素子。
(12)前記画素回路は、第1の半導体チップに配置され、
前記負性容量回路および前記論理回路は、前記第1の半導体チップに積層された第2の半導体チップに配置される
前記(1)から(11)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(13)前記所定の信号線に接続された第1電流源をさらに具備し、
前記負性容量回路は、
前記第1電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
第2電流源と、
前記第2電流源と電源との間に挿入され、ゲートが前記所定の信号線に接続されたN型トランジスタと、
前記電源と前記第2電流源との間において前記N型トランジスタと並列に接続されたクランプトランジスタと、
前記挿入トランジスタおよび前記第1電流源の接続点と前記N型トランジスタおよび前記第2電流源の接続点とに両端が接続されたキャパシタと
を備える前記(1)から(12)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(14)前記クランプトランジスタのゲート電圧を変更するゲート電圧供給部をさらに具備する
前記(13)に記載の固体撮像素子。
(15)アナログ信号を処理してデジタル信号を出力する論理回路と、
光電変換により前記アナログ信号を生成して所定の信号線を介して前記論理回路に出力する画素回路と、
前記所定の信号線に接続された負性容量回路と、
前記デジタル信号を記録する記録部と
を具備する撮像装置。
Note that the present technology can also have the following configuration.
(1) a logic circuit that processes an analog signal;
a pixel circuit that generates the analog signal by photoelectric conversion and outputs the analog signal to the logic circuit via a predetermined signal line;
and a negative capacitance circuit connected to the predetermined signal line.
(2) the negative capacitance circuit,
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
The solid-state imaging device according to (1), further comprising a capacitor having both ends connected to the input terminal and the output terminal of the amplifier.
(3) further comprising a current source connected to the predetermined signal line;
The negative capacitance circuit is
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
an amplifier consisting of a pair of cascode-connected transistors between a power supply and a reference terminal;
a capacitor having one end connected to a connection point of the pair of transistors and having the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor;
The solid-state imaging device according to (1), wherein the gate of the transistor connected to the power supply among the pair of transistors is connected to the predetermined signal line.
(4) applying a first bias voltage to the gate of the insertion transistor;
The solid-state imaging device according to (3), wherein the current source includes a second transistor to which a second bias voltage different from the first bias voltage is applied.
(5) applying a first bias voltage to the gate of the insertion transistor;
the current source comprises a second transistor;
The solid-state imaging device according to (3), wherein the gate of the insertion transistor is connected to the gate of the second transistor.
(6) further comprising a current source connected to the predetermined signal line;
The negative capacitance circuit is
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
(1), further comprising a capacitor having one end connected to the input terminal of the amplifier and the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor.
(7) further comprising a current source connected to the predetermined signal line;
The logic circuit is
a comparator that compares the analog signal with a predetermined reference signal and outputs a comparison result;
The solid-state imaging device according to (1), further comprising a control circuit that generates a control signal based on the comparison result and outputs the control signal to the negative capacitance circuit.
(8) the negative capacitance circuit,
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
a capacitor;
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
a first switch that opens and closes a path between one end of the capacitor and an output terminal of the amplifier;
(7), further comprising a second switch for connecting the other end of the capacitor to a connection point between the insertion transistor and the current source or a predetermined reference terminal according to the control signal.
(9) the negative capacitance circuit,
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
a capacitor;
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
a first switch that opens and closes a path between a connection point of the insertion transistor and the current source and one end of the capacitor;
(7), further comprising a second switch for connecting the other end of the capacitor to the output terminal of the amplifier or a predetermined reference terminal in accordance with the control signal.
(10) the comparator,
a dividing circuit that divides the voltage between the analog signal and the predetermined reference signal and outputs it as an input voltage;
The solid-state imaging device according to any one of (7) to (9), further comprising a differential amplifier circuit that amplifies a difference between the input voltage and a predetermined voltage.
(11) further comprising a current source connected to the predetermined signal line;
The negative capacitance circuit is
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
and a switched capacitor circuit,
The switched capacitor circuit is
a capacitor;
a first input side switch that opens and closes a path between the output terminal of the amplifier and one end of the capacitor;
a second input switch that opens and closes a path between the connection point of the insertion transistor and the current source and the other end of the capacitor;
a first output side switch that opens and closes a path between the one end and the logic circuit;
The solid-state imaging device according to (1), further comprising a second output side switch for opening and closing a path between the other end and a predetermined reference terminal.
(12) The pixel circuit is arranged on a first semiconductor chip,
The solid-state imaging device according to any one of (1) to (11), wherein the negative capacitance circuit and the logic circuit are arranged on a second semiconductor chip stacked on the first semiconductor chip.
(13) further comprising a first current source connected to the predetermined signal line;
The negative capacitance circuit is
an insertion transistor inserted between the first current source and the predetermined signal line;
a second current source;
an N-type transistor inserted between the second current source and a power supply and having a gate connected to the predetermined signal line;
a clamp transistor connected in parallel with the N-type transistor between the power supply and the second current source;
Any one of (1) to (12) above, comprising a capacitor having both ends connected to a connection point between the insertion transistor and the first current source and a connection point between the N-type transistor and the second current source. solid-state image sensor.
(14) The solid-state imaging device according to (13), further comprising a gate voltage supply section that changes the gate voltage of the clamp transistor.
(15) a logic circuit that processes an analog signal and outputs a digital signal;
a pixel circuit that generates the analog signal by photoelectric conversion and outputs the analog signal to the logic circuit via a predetermined signal line;
a negative capacitance circuit connected to the predetermined signal line;
and a recording unit that records the digital signal.

100 撮像装置
110 撮像レンズ
120 記録部
130 撮像制御部
200 固体撮像素子
201 画素チップ
202 ロジックチップ
210 垂直ドライバ
220 画素アレイ部
230 画素回路
231 フォトダイオード
232 転送トランジスタ
233 リセットトランジスタ
234 浮遊拡散層
235 増幅トランジスタ
236 選択トランジスタ
240 タイミング制御部
250、371 DAC
260 水平転送走査回路
270 画像信号処理部
300 カラム信号処理部
301 上側カラム信号処理部
302 下側カラム信号処理部
310 負性容量回路
311、314、351 アンプ
312、342、356、357、372、421、422、430 キャパシタ
313、315、316、321、321-1、321-2、412、415、418、427、428、429 N型トランジスタ
320、381、382 電流源
331、370 ADC
332、374、420 比較器
333 カウンタ
334、341、343、352~355、358~361、373、413、414、416、417、425、426 スイッチ
335 メモリ
350 サンプルホールド回路
375 逐次比較制御部
383 クランプトランジスタ
410 ゲート電圧供給部
411 可変電流源
423、424 P型トランジスタ
12031 撮像部
100 imaging device 110 imaging lens 120 recording unit 130 imaging control unit 200 solid-state imaging device 201 pixel chip 202 logic chip 210 vertical driver 220 pixel array unit 230 pixel circuit 231 photodiode 232 transfer transistor 233 reset transistor 234 floating diffusion layer 235 amplification transistor 236 Selection transistor 240 Timing control unit 250, 371 DAC
260 horizontal transfer scanning circuit 270 image signal processing unit 300 column signal processing unit 301 upper column signal processing unit 302 lower column signal processing unit 310 negative capacitance circuit 311, 314, 351 amplifier 312, 342, 356, 357, 372, 421 , 422, 430 Capacitors 313, 315, 316, 321, 321-1, 321-2, 412, 415, 418, 427, 428, 429 N-type transistors 320, 381, 382 Current sources 331, 370 ADC
332, 374, 420 comparator 333 counter 334, 341, 343, 352 to 355, 358 to 361, 373, 413, 414, 416, 417, 425, 426 switch 335 memory 350 sample hold circuit 375 successive approximation controller 383 clamp Transistor 410 Gate voltage supply unit 411 Variable current source 423, 424 P-type transistor 12031 Imaging unit

Claims (13)

アナログ信号を処理する論理回路と、
光電変換により前記アナログ信号を生成して所定の信号線を介して前記論理回路に出力する画素回路と、
前記所定の信号線に接続された負性容量回路と
前記所定の信号線に接続された電流源と
を具備し、
前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
前記アンプの出力端子に一端が接続され、前記電流源と前記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続されたキャパシタと
を備える
固体撮像素子。
logic circuitry for processing analog signals;
a pixel circuit that generates the analog signal by photoelectric conversion and outputs the analog signal to the logic circuit via a predetermined signal line;
a negative capacitance circuit connected to the predetermined signal line ;
a current source connected to the predetermined signal line;
and
The negative capacitance circuit is
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
a capacitor having one end connected to the output terminal of the amplifier and the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor;
have
Solid-state image sensor.
記負性容量回路は、
記挿入トランジスタと、
電源と基準端子との間においてカスコード接続された一対のトランジスタからなる前記アンプと、
前記一対のトランジスタの接続点に一端が接続され、前記電流源と前記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続された前記キャパシタと
を備え、
前記一対のトランジスタのうち前記電源に接続されたトランジスタのゲートは、前記所定の信号線に接続される
請求項1記載の固体撮像素子。
The negative capacitance circuit is
the insertion transistor;
said amplifier comprising a pair of cascode-connected transistors between a power supply and a reference terminal;
a capacitor having one end connected to a connection point of the pair of transistors and having the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor;
2. A solid-state imaging device according to claim 1, wherein the gate of the transistor connected to the power supply among the pair of transistors is connected to the predetermined signal line.
前記挿入トランジスタのゲートには第1のバイアス電圧が印加され、
前記電流源は、前記第1のバイアス電圧と異なる第2のバイアス電圧が印加された第2のトランジスタを備える
請求項記載の固体撮像素子。
a first bias voltage is applied to the gate of the insertion transistor;
3. A solid-state imaging device according to claim 2 , wherein said current source comprises a second transistor to which a second bias voltage different from said first bias voltage is applied.
前記挿入トランジスタのゲートには第1のバイアス電圧が印加され、
前記電流源は、第2のトランジスタを備え、
前記挿入トランジスタのゲートは前記第2のトランジスタのゲートに接続される
請求項記載の固体撮像素子。
a first bias voltage is applied to the gate of the insertion transistor;
the current source comprises a second transistor;
3. A solid-state imaging device according to claim 2 , wherein the gate of said insertion transistor is connected to the gate of said second transistor.
前記所定の信号線に接続された電流源をさらに具備し、
前記論理回路は、
前記アナログ信号と所定の参照信号とを比較して比較結果を出力する比較器と、
前記比較結果に基づいて制御信号を生成して前記負性容量回路へ出力する制御回路と
を備える請求項1記載の固体撮像素子。
further comprising a current source connected to the predetermined signal line;
The logic circuit is
a comparator that compares the analog signal with a predetermined reference signal and outputs a comparison result;
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a control circuit for generating a control signal based on said comparison result and outputting it to said negative capacitance circuit.
前記負性容量回路は、
記挿入トランジスタと、
前記キャパシタと、
記アンプと、
前記キャパシタの一端と前記アンプの出力端子との間の経路を開閉する第1のスイッチと、
前記制御信号に従って前記挿入トランジスタと前記電流源との接続点または所定の基準端子に前記キャパシタの他端を接続する第2のスイッチと
を備える請求項記載の固体撮像素子。
The negative capacitance circuit is
the insertion transistor;
the capacitor;
the amplifier ;
a first switch that opens and closes a path between one end of the capacitor and an output terminal of the amplifier;
6. A solid-state imaging device according to claim 5 , further comprising a second switch for connecting the other end of said capacitor to a connection point between said insertion transistor and said current source or a predetermined reference terminal according to said control signal.
前記負性容量回路は、
記挿入トランジスタと、
前記キャパシタと、
記アンプと、
前記挿入トランジスタおよび前記電流源の接続点と、前記キャパシタの一端との間の経路を開閉する第1のスイッチと、
前記制御信号に従って前記アンプの出力端子または所定の基準端子に前記キャパシタの他端を接続する第2のスイッチと
を備える請求項記載の固体撮像素子。
The negative capacitance circuit is
the insertion transistor;
the capacitor;
the amplifier ;
a first switch that opens and closes a path between a connection point of the insertion transistor and the current source and one end of the capacitor;
6. A solid-state imaging device according to claim 5 , further comprising a second switch for connecting the other end of said capacitor to an output terminal of said amplifier or a predetermined reference terminal according to said control signal.
前記比較器は、
前記アナログ信号と前記所定の参照信号との間の電圧を分圧して入力電圧として出力する分割回路と、
前記入力電圧と所定電圧との差分を増幅する差動増幅回路と
を備える請求項記載の固体撮像素子。
The comparator is
a dividing circuit that divides the voltage between the analog signal and the predetermined reference signal and outputs it as an input voltage;
6. A solid-state imaging device according to claim 5 , further comprising a differential amplifier circuit for amplifying a difference between said input voltage and a predetermined voltage.
記負性容量回路は、
記挿入トランジスタと、
記アンプと、
スイッチトキャパシタ回路と
を備え、
前記スイッチトキャパシタ回路は、
前記キャパシタと、
前記アンプの出力端子と前記キャパシタの一端との間の経路を開閉する第1の入力側スイッチと、
前記挿入トランジスタおよび前記電流源の接続点と、前記キャパシタの他端との間の経路を開閉する第2の入力側スイッチと、
前記一端と前記論理回路との間の経路を開閉する第1の出力側スイッチと、
前記他端と所定の基準端子との間の経路を開閉する第2の出力側スイッチと
を備える請求項1記載の固体撮像素子。
The negative capacitance circuit is
the insertion transistor;
the amplifier ;
and a switched capacitor circuit,
The switched capacitor circuit is
the capacitor;
a first input side switch that opens and closes a path between the output terminal of the amplifier and one end of the capacitor;
a second input switch that opens and closes a path between the connection point of the insertion transistor and the current source and the other end of the capacitor;
a first output side switch that opens and closes a path between the one end and the logic circuit;
2. A solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a second output side switch for opening and closing a path between said other end and a predetermined reference terminal.
前記画素回路は、第1の半導体チップに配置され、
前記負性容量回路および前記論理回路は、前記第1の半導体チップに積層された第2の半導体チップに配置される
請求項1記載の固体撮像素子。
The pixel circuit is arranged on a first semiconductor chip,
2. A solid-state imaging device according to claim 1, wherein said negative capacitance circuit and said logic circuit are arranged on a second semiconductor chip laminated on said first semiconductor chip.
前記電流源は、第1電流源を含み、
記負性容量回路は、
記挿入トランジスタと、
前記アンプと
を備え、
前記アンプは、
第2電流源と、
前記第2電流源と電源との間に挿入され、ゲートが前記所定の信号線に接続されたN型トランジスタと、
前記電源と前記第2電流源との間において前記N型トランジスタと並列に接続されたクランプトランジスタと、
前記挿入トランジスタおよび前記第1電流源の接続点と前記N型トランジスタおよび前記第2電流源の接続点とに両端が接続された前記キャパシタと
を備える請求項1記載の固体撮像素子。
the current source comprises a first current source;
The negative capacitance circuit is
the insertion transistor;
said amplifier and
with
The amplifier
a second current source;
an N-type transistor inserted between the second current source and a power supply and having a gate connected to the predetermined signal line;
a clamp transistor connected in parallel with the N-type transistor between the power supply and the second current source;
2. A solid-state imaging device according to claim 1, further comprising said capacitor having both ends connected to a connection point between said insertion transistor and said first current source and a connection point between said N-type transistor and said second current source.
前記クランプトランジスタのゲート電圧を変更するゲート電圧供給部をさらに具備する
請求項11記載の固体撮像素子。
12. The solid-state imaging device according to claim 11 , further comprising a gate voltage supply unit that changes the gate voltage of said clamp transistor.
アナログ信号を処理してデジタル信号を出力する論理回路と、
光電変換により前記アナログ信号を生成して所定の信号線を介して前記論理回路に出力する画素回路と、
前記所定の信号線に接続された負性容量回路と、
前記デジタル信号を記録する記録部と
前記所定の信号線に接続された電流源と
を具備し
前記負性容量回路は、
前記電流源と前記所定の信号線との間に挿入された挿入トランジスタと、
前記所定の信号線に入力端子が接続されたアンプと、
前記アンプの出力端子に一端が接続され、前記電流源と前記挿入トランジスタとの接続点に他端が接続されたキャパシタと
を備える
撮像装置。
a logic circuit that processes an analog signal and outputs a digital signal;
a pixel circuit that generates the analog signal by photoelectric conversion and outputs the analog signal to the logic circuit via a predetermined signal line;
a negative capacitance circuit connected to the predetermined signal line;
a recording unit that records the digital signal ;
a current source connected to the predetermined signal line;
and
The negative capacitance circuit is
an insertion transistor inserted between the current source and the predetermined signal line;
an amplifier having an input terminal connected to the predetermined signal line;
a capacitor having one end connected to the output terminal of the amplifier and the other end connected to a connection point between the current source and the insertion transistor;
have
Imaging device.
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